Descobertos em 2005, os neurônios-grade registram com precisão nosso deslocamento no ambiente. Sua comunicação direta com o hipocampo fornece dimensão espacial à memória e substrato neural para o conceito de mapa cognitivo.
Revista Scientifc American – por James J. Knierim

No filme Amnésia, o protagonista Lenny, interpretado por Jonathan Nolan, sofre uma lesão cerebral que o torna incapaz de fixar na memória os eventos recentes, problema conhecido como amnésia anterógrada. Os portadores desse distúrbio se lembram de tudo o que aconteceu antes do trauma, mas dali em diante não conseguem mais guardar lembrança alguma. A causa quase sempre é uma lesão do hipocampo, um par de pequenas estruturas fundamentais para a memória, situadas na parte profunda do cérebro. Décadas de pesquisa já mostraram que o hipocampo faz muito mais que simplesmente posicionar no tempo os eventos de nossa vida: ele faz também o registro espacial de nossos deslocamentos juntamente com um conjunto de células descobertas em 2005 e conhecidas como neurônios-grade, encontrados no córtex entorrinal. O resultado é um número enorme de informações que serve como mapa interno onde localizamos os eventos da vida.

Conceitos-chave

- Os neurônios-grade são uma das últimas maiores descobertas das neurociências e retoma a antiga idéia de “mapa cognitivo”, proposta em 1948 pelo psicólogo americano Edward C. Tolman.

- Localizados no córtex entorrinal, os neurônios-grade registram continuamente o deslocamento espacial do organismo e repassam essas informações ao hipocampo, o que dá à memória uma dimensão espaço-temporal.

- Cada neurônio-grade projeta virtualmente no ambiente uma estrutura reticulada de triângulos perfeitamente equiláteros cujos vértices são sensíveis ao deslocamento. O mais surpreendente é que essas células não recebem informação sensorial alguma.

Embora o fenômeno da memória tenha fascinado filósofos, escritores e cientistas por muitos séculos, sua sede física, o hipocampo, só foi conhecida há pouco mais de 50 anos. Sua função ficou clara em 1953, quando o neurocirurgião americano William Scoville removeu boa parte do hipocampo de um paciente para ao tentar aliviar as convulsões epilépticas que ameaçavam sua vida. Após a intervenção, o médico percebeu que o doente não era mais capaz de memorizar informações novas. O caso deu origem a um novo campo de pesquisas que acabaram estabelecendo o hipocampo como uma espécie de codificador de lembranças, registrando continuamente cada instante de nossa vida.

Nos anos 70, outra descoberta alimentou a teoria segundo a qual o hipocampo também codificaria nosso deslocamento no espaço. Em 1971, os neurocientistas John O’Keefe e Jonathan Dostrovsky, ambos da Universidade de Londres, verificaram, em ratos, que alguns neurônios hipocampais exibiam disparos relacionados especificamente à posição espacial do organismo. Essas células de localização, como foram chamadas, apresentavam certos padrões de impulsos elétricos sempre que a cobaia ocupasse uma determinada posição no espaço, e permaneciam sem reação quando o animal se mudava para outro lugar. Resultados semelhantes foram obtidos em experimentos com diversas outras espécies, incluindo seres humanos.

Essas descobertas levaram O’Keefe a propor que o hipocampo seria o lócus neural de um mapa cognitivo do ambiente. As células de localização organizariam vários aspectos da experiência do ponto de vista espacial, codificando os eventos de maneira que as memórias recuperadas tenham uma dimensão espaço-temporal. Tal hipótese vem sendo calorosamente debatida há anos e, mais recentemente, as opiniões têm encontrado um consenso: o hipocampo realmente fornece um contexto espacial vital para a memória episódica. Assim, qualquer de nossas lembranças ocupa algum ponto da linha do tempo, cruzado por uma coordenada no espaço, o que é mais uma forma de tornar cada momento único no sistema mnêmico de cada um.

Apesar das pesquisas e discussões sobre o assunto, os mecanismos precisos pelos quais o hipocampo cria essa representação espaço-temporal da memória permaneceram por muito tempo indecifráveis. Um dos maiores obstáculos era o escasso conhecimento sobre as áreas cerebrais que alimentam essa estrutura com dados sobre o ambiente externo. Na década de 90, alguns trabalhos começaram a sugerir que o córtex entorrinal, adjacente ao hipocampo poderia codificar informações espaciais, ainda que de forma menos precisa que a das células de localização hipocampais.

Essa idéia foi virada do avesso com a descoberta, em 2005, dos neurônios-grade, situados no córtex entorrinal medial e descritos numa série de artigos dos neurocientistas Edvard Moser e May-Britt Moser, da Universidade Norueguesa de Ciência e Tecnologia. Ao contrário da célula de localização hipocampal, que dispara quando o organismo ocupa um lugar particular, cada neurônio-grade emite seus disparas quando o animal estiver em qualquer um dos vários pontos de uma grade hexagonal imaginária e surpreendentemente uniforme como se cada um deles estivesse ligado a vários ladrilhos espaçados por distâncias regulares. Os locais que ativam um dado neurônio-grade se apresentam distribuídos num padrão de triângulos equiláteros que, como num mosaico, cobrem inteiramente uma espécie de assoalho virtual do ambiente.

Imagine dezenas de pratos redondos colocados lado a lado, de tal forma que cada um deles é cercado por outros pratos equidistantes este arranjo mimetiza o padrão de disparo vinculado a qualquer neurônio-grade. Quando o rato se move pelo assoalho, um neurônio-grade dispara a cada vez que ele pisa perto do centro de um prato. Enquanto isso, outras neurônios-grade estão associados aos seus próprios arranjos hexagonais, que se sobrepõem entre si. Grades de células vizinhas são de dimensões similares, mas ligeiramente deslocadas umas das outras.

• Bússola mental

Segundo Edvard Moser, esses neurônios-grade são provavelmente os componentes centrais de um mecanismo cerebral que atualiza constantemente o sentido de localização do animal, mesmo na ausência de informações sensoriais externas. É quase certo que eles constituam o aporte básico de dados espaciais que o hipocampo usa para criar o padrão de disparos altamente específicos e dependentes de contexto de suas células de localização.

Essa é uma das descobertas mais extraordinárias da história desde que se começou a fazer registros da atividade elétrica de células cerebrais isoladas. Quando li pela primeira vez o artigo que anunciava os neurônios-grade, percebi imediatamente que estava diante de um trabalho de importância histórica nas neurociências. Nunca ninguém havia descrito uma propriedade da resposta neural que fosse geometricamente tão regular, cristalina e perfeita.

Meu entusiasmo tem um pouco a ver com a simplicidade do padrão de resposta dos neurônios-grade. Mas também se explica pela importância desse passo na pesquisa sobre o hipocampo e a formação da memória episódica. As evidências mostram que tipo de informação é codificado naquele que é um dos maiores fornecedores de dados para o hipocampo. Partindo dessa premissa, podemos começar a criar modelos mais realistas sobre os cálculos feitos nessa região do cérebro e entender as propriedades mais complexas desses mecanismos. Diferentes subconjuntos de células de localização estão ativos em diferentes ambientes, ao passo que todos os neurônios-grade parecem estar ativos em qualquer lugar. Então como o mapa espacial geral codificado por esses neurônios é transformado em mapas específicos do ambiente (ou do contexto) codificados pelas células de localização?

A descoberta dos neurônios-grade também atesta que o hipocampo e o lobo temporal medial são sistemas-modelo excepcionais para entender como o cérebro constrói representações cognitivas do mundo exterior que não estão vinculadas à estimulação sensorial. Não existem padrões de pontos para referências visuais, auditivas ou somatossensoriais que pudessem fazer um neurônio-grade disparar de maneira tão clara em qualquer ambiente. Esse padrão de disparo – que é similar quando o rato está num cômodo familiar iluminado ou num local estranho e escuro – deve ser um construto puramente cognitivo. Embora os padrões de disparo dos neurônios-grade sejam atualizados e calibrados por aporte sensorial vindo principalmente dos sistemas vestibular e visual, eles não dependem de sinais sensoriais externos.

Alguns defendem que as células de localização hipocampais também são independentes. Mas a conhecida influência dos pontos de referência externos sobre elas e sua tendência de disparar em locais isolados levaram alguns pesquisadores a argumentar que as células de localização são alimentadas primordialmente por combinações únicas de pontos de referências sensoriais existentes em locais particulares. Esse argumento não explica os padrões de disparo das células-grade.

Como então explicar a dinâmica do funcionamento dos neurônios-grade? Talvez essas células permitam que um animal atualize constantemente sua localização física em seu mapa cognitivo interno por meio do registro contínuo dos próprios deslocamentos. Essas informações são transmitidas ao hipocampo, que combina a representação espacial com outros dados sobre um evento para criar memórias específicas e únicas – a habilidade que Lenny, de Amnésia, havia perdido.

A descoberta dos neurônios-grade mudou a forma como entendemos os processos de formação da memória. As novas evidências que devem surgir nos próximos anos certamente revelarão outras facetas desse fenômeno vital que é a base de nossa identidade.

Para conhecer mais

Beyond the cognitive map. A. David Redish. MIT Press, 1999. Disponível em www.mitpress.mit.edu
Microstructure of a spatial map in the entorhinal cortex. Torkel Hafting et al., em Nature, vol. 436, págs. 801-806, 2005.
Conjunctive representation of position, direction, and velocity in entorhinal cortex. Francesca Sargolini et al., em Science, vol. 312, págs. 758-762, 2006.