Pesquisadores estão se voltando para o peixe-zebra para desvendar os segredos das células de lugar, que desempenham um papel crucial na formação de mapas mentais do espaço, redes sociais e relacionamentos abstratos. Até agora, as células de lugar só foram encontradas em mamíferos e pássaros, deixando a questão de como outras espécies representam internamente o mundo externo em grande parte sem resposta. Uma equipe de pesquisadores do Instituto Max Planck de Cibernética Biológica encontrou agora a primeira evidência convincente de células de lugar no cérebro do pequeno peixe-zebra larval.
Quando exploramos uma cidade desconhecida, usamos várias dicas — marcos, uma noção de quão longe andamos em uma direção, talvez um rio que não podemos atravessar — para criar um mapa interno do nosso ambiente. No fundo do cérebro, em uma estrutura chamada hipocampo, um conjunto de células de lugar desempenha um papel fundamental na construção de nossos mapas internos do mundo externo. Essas células de lugar disparam quando estamos em locais específicos no espaço e podem se auto-organizar em uma série de mapas mentais diferentes.
Isso é muito conhecido para mamíferos, incluindo humanos, e até mesmo para pássaros. No entanto, a existência de células de lugar em outras espécies é controversa. Um grupo de pesquisadores do Instituto Max Planck de Cibernética Biológica em Tübingen (Alemanha), liderado por Jennifer Li e Drew Robson, agora encontrou a primeira evidência conclusiva de células de lugar em peixes-zebra.
Gravando todo o cérebro durante o comportamento natural
Os pesquisadores registraram a atividade cerebral de peixes-zebra jovens enquanto exploravam seu ambiente. Esses peixes são completamente transparentes quando têm apenas alguns dias de vida, o que torna possível olhar para seus minúsculos cérebros, que contêm apenas 100.000 células. Pode-se até mesmo fazer neurônios ativos individuais acenderem usando indicadores fluorescentes de cálcio, já que toda atividade neuronal está associada a flutuações nas concentrações de íons de cálcio. Uma invenção importante anterior de Li e Robson foi essencial para observar a atividade cerebral durante a navegação: microscópios de rastreamento que se movem com os peixes que nadam livremente.
Usando esse design experimental, a equipe analisou quais informações espaciais são codificadas em cada neurônio no cérebro do peixe. Eles identificaram uma população de cerca de 1000 células de lugar em cada peixe, a maioria das quais só dispara quando o animal está em um local específico, enquanto algumas respondem a mais de uma área. “Coletivamente, a população de células de lugar codifica informações espaciais”, explica Jennifer Li. “A partir dos padrões de disparo das células de lugar, fomos capazes de decodificar a localização de cada peixe ao longo do tempo — com um erro de apenas alguns milímetros.”
Surpreendentemente, a maioria das células de lugar estava localizada no telencéfalo, uma área do prosencéfalo do peixe-zebra, cuja função precisa tem sido uma fonte de debate por várias décadas. “A alta concentração de células de lugar no telencéfalo potencialmente confirma a conjectura de longa data de que essa região do cérebro é um análogo funcional do hipocampo dos mamíferos, em miniatura”, comenta Drew Robson.
Um mecanismo flexível que integra diferentes entradas
No entanto, Li e Robson precisavam de evidências adicionais para concluir que as células que eles identificaram eram de fato um análogo às células de lugar dos mamíferos. A primeira característica a ser testada era se as células de lugar usam automovimento ou pistas externas. Em termos de experiência humana, uma pista como “Estou andando em linha reta em um ritmo rápido por cerca de um minuto” depende do automovimento, enquanto “Eu posso ver a Torre Eiffel” é uma pista externa. Em uma série de experimentos, os pesquisadores manipularam ambas as fontes de informação — tirando os peixes de seu ambiente e colocando-os de volta, removendo marcos ou girando a câmara comportamental. Eles descobriram que os peixes integram pistas externas e de automovimento para criar seus mapas internos — assim como nós fazemos.
Os peixes não só parecem refinar seu mapa de representação espacial à medida que se tornam mais familiarizados com um ambiente desconhecido, mas também podem se adaptar à mudança: eles usam os mesmos circuitos neuronais para lembrar de um segundo ambiente. Quando retornam ao seu ambiente inicial, eles não precisam mapeá-lo do zero, mas podem recuperar parcialmente o mapa de representação que criaram anteriormente. Assim, a população de células de lugar exibe um sistema de memória flexível, outra marca registrada das células de lugar de mamíferos.
Um organismo modelo emergente para uma rede neuronal complexa
Os autores do estudo planejam usar o peixe-zebra como um novo organismo modelo para desvendar os mistérios das células de lugar. Além de seu papel na criação de mapas mentais do espaço, essas células também são cruciais para a formação de mapas de redes sociais e relacionamentos abstratos, bem como para a memória e o planejamento. Embora as células de lugar de mamíferos tenham sido intensamente investigadas desde sua descoberta vencedora do Prêmio Nobel há mais de 50 anos, os cientistas ainda não entendem completamente as redes neurais que geram células de lugar ou como elas suportam uma gama tão ampla de funções mentais.
O principal desafio tem sido a enorme complexidade e o tamanho das redes de células de lugar de mamíferos, o que torna extremamente difícil estudar toda a rede simultaneamente. Em contraste, o cérebro larval do peixe-zebra é um dos menores sistemas biológicos capazes de gerar células de lugar. Robson conclui: “Usando este novo modelo mínimo, estudos futuros podem potencialmente rastrear todas as entradas para cada célula de lugar e criar modelos detalhados de como as células de lugar adquirem todas as suas propriedades únicas.”
