A forma dos potenciais de ação pode revelar a linguagem elétrica do cérebro

Que outros segredos poderão estar escondidos na linguagem elétrica das células do nosso cérebro?

Os neurocientistas registam frequentemente a atividade dos neurónios como uma sequência de acontecimentos simples: uma célula gera um impulso elétrico, ou não. O momento em que esses impulsos surgem e a respetiva frequência podem revelar muito aos investigadores sobre o cérebro.

No entanto, um novo estudo em pré-publicação poderá ter identificado um pormenor que esta abordagem deixa passar.

As centelhas elétricas, com cerca de um milissegundo, geradas pelos neurónios não são todas iguais. A sua forma parece conter indícios sobre o que a célula experienciou recentemente.

Isto significa que um sinal elétrico pode transportar mais informação do que a simples marca binária habitualmente usada para o representar.

Bradley Voytek, neurocientista da Universidade da Califórnia em San Diego, disse à ScienceAlert que estes impulsos elétricos, conhecidos como potenciais de ação, só parecem picos simples e uniformes quando são observados à distância.

O estudo ainda não foi revisto por pares, e os investigadores aconselham prudência até que isso aconteça. Ainda assim, acrescenta elementos a uma visão cada vez mais completa da quantidade de detalhe que um único sinal neuronal pode conter.

"Um potencial de ação só parece um 'pico' quando se está afastado, mas, quando ampliamos a imagem e observamos a sua forma de onda completa, que dura apenas cerca de um milissegundo, a forma desse traçado de voltagem diz-nos algo sobre o que aconteceu recentemente a esse neurónio", afirmou Voytek.

"Quando transformamos um potencial de ação num acontecimento binário, descartamos informação sobre a sua entrada recente."

A forma dos potenciais de ação nos neurónios

Os investigadores analisaram primeiro registos de dois neurónios de ratinho numa região cerebral envolvida na visão. Quando as células receberam correntes elétricas diferentes, algumas características alteraram-se, incluindo a altura dos sinais e a velocidade a que a voltagem diminuía.

Essas correntes incluíam uma entrada constante, outra que aumentava gradualmente e uma entrada flutuante conhecida como ruído rosa. Registos obtidos no interior das células por outros investigadores captaram pequenas alterações em cada impulso elétrico.

Num dos neurónios, um modelo de aprendizagem automática distinguiu três tipos de estimulação elétrica apenas a partir da forma do sinal, com uma precisão de 78,4 por cento. Não existiam registos suficientes do segundo neurónio para realizar o mesmo teste.

A forma do sinal também forneceu pistas sobre a intensidade ou variabilidade da corrente recebida. Alguns desses indícios remontavam a meio segundo antes do impulso elétrico. Trata-se de um período mais longo do que o próprio impulso, que dura cerca de um milissegundo.

Sinais neuronais registados no cérebro de ratos

Em seguida, a equipa analisou registos cerebrais de ratos. Desta vez, examinou neurónios ativos por si próprios, em vez de células às quais tinha sido aplicada uma corrente elétrica específica.

Em 30 dos 40 neurónios observados, os sinais da mesma célula distribuíam-se por mais de um grupo distinto de formas.

Num pequeno número de neurónios, as diferenças eram tão acentuadas que os sinais de uma mesma célula podiam parecer tão distintos como sinais de neurónios separados. Na maioria das células, as variações eram menores.

Os investigadores compararam ainda a forma do sinal com a atividade elétrica em redor da célula. Na maior parte dos neurónios, a forma previa a intensidade de um sinal elétrico próximo melhor do que apenas o intervalo entre impulsos.

A relação foi estatisticamente detetável em 87 a 90 por cento das células, embora a sua capacidade preditiva fosse geralmente modesta.

Na célula em que a relação foi mais forte, a forma dos impulsos explicou cerca de 64 por cento da variação numa medida de atividade elétrica nas proximidades. Esse resultado foi obtido numa célula selecionada; a maioria das células apresentou relações muito mais fracas.

Poderão os neurónios transmitir mensagens ocultas?

Significará isto que os neurónios alteram a forma dos seus sinais para transmitir uma mensagem escondida uns aos outros?

Essa é a peça que ainda falta resolver.

"Infelizmente, os nossos dados não podem responder diretamente à questão de saber se a forma do impulso comunica informação a outros neurónios", disse Voytek.

O que o estudo demonstra é que a forma do sinal está ligada à entrada elétrica que uma célula recebeu recentemente e à atividade à sua volta.

Voytek aponta para trabalhos anteriores que mostram que alterar a largura de um impulso elétrico pode mudar a quantidade de cálcio que entra num neurónio, o que pode afetar aquilo que este transmite a outras células. Ainda é necessário testar se isso acontece neste caso.

Os registos das experiências com diferentes correntes elétricas provinham de apenas duas células. Ambos os conjuntos de dados tinham sido recolhidos originalmente para outros objetivos. Por isso, ainda não se sabe até que ponto estes padrões são comuns noutras regiões do cérebro ou entre outros tipos de neurónios.

Há também outra vertente nestas conclusões.

Os cientistas podem recorrer às formas dos sinais em registos cerebrais para determinar quantos neurónios diferentes estão a monitorizar. Se uma única célula conseguir produzir sinais com formas distintas, essa tarefa poderá por vezes ser mais difícil do que se pensava.

A questão central continua em aberto. Ao registar quando um neurónio produz um sinal, poderemos estar a ignorar informação presente na forma desse sinal. Talvez a forma da centelha contenha mais uma pista para a linguagem elétrica do cérebro.

Uma pré-publicação do estudo está disponível no bioRxiv.

Este artigo foi verificado por Rebecca Dyer e editado por Rebecca Dyer. Embora tenhamos orgulho no nosso processo, somos apenas humanos. Se detetar algum erro, informe-nos.