Os neurônios que permanecem ativos mesmo depois que o estímulo desencadeador foi silenciado formam a base da memória de curto prazo. O cérebro usa neurônios ritmicamente ativos para combinar grupos maiores de neurônios em unidades funcionais. Até agora, neurocientistas têm, em geral, estudou essas e outras propriedades com a ajuda de modelos de rede, cada um dos quais só é capaz de recriar uma única propriedade. Cientistas do Instituto Max Planck para Pesquisa do Cérebro em Frankfurt mostraram agora como o novo modelo pode ser usado para investigar várias propriedades em paralelo. De acordo com seus cálculos, todas as propriedades compartilham uma base comum:canais iônicos na membrana celular que controlam a intensidade com que os neurônios são estimulados eletricamente. O surgimento dessas propriedades não requer plasticidade sináptica - uma descoberta que ajuda a explicar, por exemplo, por que algumas drogas psicoativas podem ter efeitos colaterais de longo alcance.

"O que eu não posso criar, Eu não entendo. "Fiel a esta observação do físico americano Richard Feynman, neurocientistas estão se esforçando para modelar virtualmente o cérebro humano dentro de um computador. Eles estão focando especificamente no córtex cerebral, que é responsável pelas habilidades cognitivas superiores.

Um dos modelos computacionais do córtex cerebral desenvolvido nos últimos anos é conhecido como modelo Stabilized Supralinear Network (SNN). Baseia-se, entre outras coisas, na suposição de que a relação entre os sinais de entrada e saída não é linear. Os neurônios virtuais do modelo são projetados de forma que um ligeiro aumento na entrada possa resultar em uma saída dramaticamente amplificada. O SSN consiste em elementos que se ativam ou inibem mutuamente, assim como o cérebro consiste em estimular e inibir neurônios. Por outro lado, as conexões entre os elementos, ou seja, as sinapses virtuais, são imutáveis. Assim, ao contrário das sinapses no córtex cerebral, as conexões no SSN não podem ser aumentadas ou atenuadas.

Estudos anteriores mostraram que o SSN incorpora propriedades importantes para o processamento de sinais de entrada semelhantes aos centros do córtex cerebral que processam informações visuais. Eles incluem, por exemplo, normalização de estímulos visuais de várias intensidades, amplificação da atividade para contrastes fracos e supressão de estímulos vizinhos. Poderia tal rede também formar a base para outras propriedades do córtex cerebral?

De acordo com análises realizadas pelos cientistas do Instituto Max Planck de Pesquisa do Cérebro, esse é de fato o caso. Por exemplo, os neurônios virtuais do SSN permanecem permanentemente ativos - mesmo depois que o sinal de ativação original foi silenciado. "Este é um pré-requisito para o armazenamento de curto prazo ou informação sensorial, ou seja, a memória de trabalho do cérebro, "diz Nataliya Kraynyukova, do Instituto Max Planck de Pesquisa do Cérebro. Além disso, o modelo de rede pode gerar atividade rítmica. Esses sinais crescentes e decrescentes são características típicas do córtex cerebral e aparecem como padrões de atividade ondulatórios nos eletroencefalogramas.

Memória de curto prazo sem plasticidade sináptica

As descobertas mostram que habilidades abrangentes, como memória de curto prazo e normalização de sinais de contraste, podem compartilhar uma base neuronal comum, a saber, canais iônicos na membrana celular. A plasticidade sináptica não é necessária. "Isso nos surpreendeu, porque há anos se pensa que a plasticidade sináptica é um mecanismo chave para o armazenamento de informações no cérebro. Evidentemente, Contudo, isso não se aplica à memória de curto prazo, "Tatjana Tchumatchenko diz.

As novas descobertas também ajudam a explicar por que algumas drogas psicoativas têm efeitos colaterais indesejáveis, além de seu efeito principal desejado:algumas drogas alteram a atividade de certos canais iônicos no cérebro. "Muitos medicamentos para epilepsia e enxaqueca, por exemplo, carbamazepina e topiramato, bloquear a atividade dos canais de sódio potencialmente ativados. Agora sabemos que isso pode impactar em atividades importantes do cérebro e, por exemplo, afetam a memória de curto prazo, "Tchumatchenko explica.