Como a experiência sensorial molda o desenvolvimento do cérebro

As conexões no cérebro dos mamíferos se desenvolvem através de uma mistura de fatores genéticos e ambientais tanto na fase inicial quanto em estágios posteriores da vida. No começo, no útero, os circuitos cerebrais criam muitas conexões entre os neurônios, que depois são ajustadas após o nascimento. Esse processo de ajuste é importante para o cérebro funcionar bem ao longo da vida. Se esse ajuste não acontece direito, pode levar a condições como autismo e esquizofrenia. Por isso, é importante entender como os circuitos cerebrais mudam nos primeiros estágios após o nascimento.

Enquanto os cientistas tentaram entender os processos genéticos durante os estágios iniciais do desenvolvimento cerebral, menos é conhecido sobre como as experiências após o nascimento moldam esses circuitos. Um exemplo claro é como ver as coisas afeta o desenvolvimento do sistema visual em camundongos, especialmente em torno das três semanas de idade. A partir de 20 a 30 dias após o nascimento, as experiências visuais ajudam a fortalecer e refinar conexões entre certos neurônios no tálamo e no Córtex Visual. Se os camundongos ficam em total escuridão durante esse tempo, seus circuitos visuais não se desenvolvem corretamente, mas se eles experimentam luz nesse período, seus circuitos visuais amadurecem de forma eficaz.

#Experiência Sensorial e Refinamento de Circuitos Neurais

O processo de refinar esses circuitos ainda não é bem compreendido em nível molecular. Uma maneira possível de como a experiência sensorial afeta o desenvolvimento dos circuitos é através da ativação de certos genes nos neurônios quando eles são estimulados por entradas sensoriais. Essa ativação é conhecida como transcrição dependente de atividade, que envolve a entrada de cálcio nas células que desencadeiam processos de sinalização que levam à Expressão Gênica. Dentro de uma hora após a ativação, os neurônios começam a expressar genes imediatos precoces (IEGs), que são responsáveis por várias funções importantes. Mais tarde, esses genes ajudam a ativar outros genes que influenciam diretamente como as sinapses são remodeladas.

Apesar de se entender que as experiências sensoriais desempenham um papel fundamental no desenvolvimento dos circuitos cerebrais, o alcance total dos programas genéticos influenciados por essas experiências não é bem documentado. Para investigar isso, um estudo foi conduzido usando um método específico para alterar a experiência visual em camundongos. Os camundongos foram mantidos no escuro por uma semana e depois expostos a diferentes quantidades de luz antes de coletar tecido cerebral para análise. Com isso, os pesquisadores esperavam ver como diferentes condições de luz afetavam a expressão gênica no córtex visual em desenvolvimento.

#Design Experimental

Os pesquisadores utilizaram um método chamado criação tardia no escuro (LDR), onde os camundongos foram inicialmente criados em um ciclo regular de luz/escuridão do nascimento até o dia 20. Depois, foram colocados em completa escuridão por um período para observar os efeitos na expressão gênica no córtex visual. Quando chegaram ao dia 27 e o refinamento dependente de sensações estava no auge, alguns camundongos foram sacrificados no escuro ou expostos brevemente à luz por diferentes durações para analisar os efeitos imediatos e duradouros da experiência sensorial.

O estudo envolveu comparar a expressão de certos genes entre camundongos criados normalmente e aqueles privados de luz. Genes específicos conhecidos por responder rapidamente às experiências sensoriais foram medidos usando técnicas como qPCR e hibridização de fluorescência de molécula única in situ (smFISH) para determinar seus níveis no tecido cerebral.

#Descobertas sobre a Expressão Gênica

Os pesquisadores descobriram que em camundongos privados de sensações, certos genes eram expressos em níveis mais altos em comparação com os camundongos criados normalmente. Especificamente, observou-se que os Neurônios excitatórios foram significativamente afetados pela falta de experiência sensorial, mostrando um aumento na expressão gênica relacionada à sua função. Por outro lado, os neurônios inibitórios mostraram mudanças mínimas. Isso indica que os neurônios excitatórios são mais sensíveis às experiências sensoriais em nível molecular.

Quando a luz foi reintroduzida mais tarde aos camundongos criados no escuro, os níveis de expressão gênica no córtex visual mudaram rapidamente, com o maior aumento visto logo após a exposição à luz. Os resultados demonstraram que as experiências sensoriais influenciam os padrões de expressão gênica, destacando como os circuitos neuronais se adaptam em resposta ao ambiente.

#Respostas Específicas de Neurônios

Os pesquisadores examinaram então como os neurônios excitatórios e inibitórios respondem a experiências visuais. Foi descoberto que em diferentes pontos no tempo após a exposição à luz, vários genes mostravam aumento de expressão em resposta à estimulação visual. Neurônios excitatórios exibiram as mudanças mais significativas imediatamente após a exposição, enquanto os neurônios inibitórios responderam de forma mais lenta.

O estudo tinha como objetivo encontrar semelhanças e diferenças na expressão gênica entre neurônios excitatórios e inibitórios quando estimulados. Revelou que muitos genes responderam a experiências visuais nos neurônios excitatórios, enquanto menos genes foram igualmente afetados nos neurônios inibitórios. Isso sugere que os neurônios excitatórios desempenham um papel mais dinâmico durante esse período crítico de desenvolvimento.

#Programas Genéticos Compartilhados e Distintos

Para entender melhor a relação entre neurônios excitatórios L2/3 e L4, os pesquisadores compararam os programas gênicos dessas duas populações. Descobriram que ambos os tipos de neurônios reagiram fortemente à estimulação visual, mostrando muitas respostas genéticas compartilhadas. No entanto, sutis diferenças indicaram que, embora ambas as populações fossem ativadas por experiências sensoriais, os mecanismos genéticos subjacentes podiam variar.

Essa análise incluiu observar como diferentes vias de sinalização se tornaram ativadas em resposta à estimulação visual. Muitas proteínas responsáveis pela comunicação celular, particularmente as quinases de proteína, foram identificadas, reforçando a ideia de que a entrada sensorial pode fortalecer a comunicação entre sinapses e o núcleo dos neurônios.

#O Papel da Sinalização Celular

Para entender como diferentes tipos de células interagem durante essas experiências, os pesquisadores usaram uma ferramenta computacional chamada CellChat. Encontraram um número significativo de possíveis interações entre ligantes e receptores entre diferentes tipos de células no córtex visual. Isso revelou várias vias de sinalização ativas durante as fases de refinamento dependentes de sensações.

O estudo identificou vias de sinalização chave, como Neurexina e Neuregulina, como vitais para mediar a comunicação entre neurônios excitatórios e inibitórios durante o desenvolvimento do circuito. Essas vias são cruciais para facilitar o crescimento sináptico e garantir que os neurônios troquem informações de maneira eficiente.

#Conclusão

No geral, essa pesquisa destaca o papel importante que a experiência sensorial desempenha na formação de circuitos cerebrais durante o desenvolvimento inicial. Ao manipular experiências visuais em camundongos e analisar os padrões de expressão gênica resultantes, o estudo forneceu novas percepções sobre como os circuitos neuronais se adaptam e refinam durante os períodos críticos do desenvolvimento cerebral.

Os resultados enfatizam que os neurônios excitatórios, em particular, são altamente reativos a ambientes sensoriais, e sua capacidade de ajustar a expressão gênica dinamicamente contribui para a função geral do sistema visual.

Esse conjunto de dados serve como um recurso valioso para pesquisadores que buscam entender os mecanismos moleculares por trás do refinamento de circuitos neurais dependentes de sensações. As percepções reunidas podem contribuir para uma compreensão mais profunda de como as entradas sensoriais influenciam o desenvolvimento cerebral e potencialmente guiar investigações futuras sobre transtornos do desenvolvimento neuropsicológico.