Por que o GPS do cérebro falha com a idade e como algumas mentes o desafiam

Agora, pesquisadores da Stanford Medicine e seus colegas estão descobrindo o que acontece com os cérebros mais velhos quando a memória espacial falha e se essas mudanças podem ser prevenidas.

Em um novo estudo que compara camundongos jovens, de meia idade e idosos, os pesquisadores descobriram que a atividade no córtex entorrinal medial — às vezes comparado ao Sistema de Posicionamento Global do cérebro — torna-se menos estável e menos sintonizada com o ambiente em animais mais velhos. Aqueles com a atividade mais prejudicada nessa região do cérebro foram os mais confusos em um teste de memória espacial.

“Você pode pensar no córtex entorrinal medial como contendo todos os componentes necessários para construir um mapa do espaço”, disse Lisa Giocomo, PhD, professora de neurobiologia e autora sênior do estudo publicado em 3 de outubro na Nature Communications.

“Antes deste estudo, havia um trabalho extremamente limitado sobre o que realmente acontece com esse sistema de mapeamento espacial durante o envelhecimento saudável.”

Embora, em média, camundongos idosos tenham se mostrado visivelmente piores do que seus colegas mais jovens em navegar por seus ambientes, havia uma ampla variação entre eles — um sinal de que o declínio da memória espacial pode não ser uma parte inevitável da idade avançada.

Mapas mentais

O córtex entorrinal medial é uma parte essencial do sistema de navegação do cérebro. Ele contém uma variedade de células que rastreiam diferentes informações, incluindo a velocidade do animal e a direção da cabeça, bem como as dimensões e bordas de um espaço. Para o novo estudo, os pesquisadores se concentraram nas chamadas células de grade, que criam um mapa do ambiente, quase como um sistema de longitude e latitude.

Os pesquisadores estudaram camundongos em três categorias de idade: camundongos jovens com aproximadamente 3 meses de idade, camundongos de meia idade com aproximadamente 13 meses e camundongos idosos com aproximadamente 22 meses. Essas idades correspondem aproximadamente a humanos de 20 anos, 50 anos e 75 a 90 anos.

Os pesquisadores registraram a atividade cerebral de camundongos levemente sedentos enquanto corriam em trilhas de realidade virtual em busca de recompensas escondidas — uma lambida de água. Eles correram em uma bola estacionária cercada por telas que exibiam o ambiente virtual, como uma esteira em miniatura para camundongos em um cinema Imax em miniatura.

Cada camundongo percorreu as trilhas centenas de vezes ao longo de seis dias. (Os camundongos são naturalmente corredores ávidos, observou os pesquisadores.)

Com repetição suficiente, camundongos em todos os grupos de idade conseguiram aprender a localização de uma recompensa escondida em uma trilha específica. No sexto dia, eles pararam apenas para lamber os locais de recompensa. Assim, as células de grade em seu córtex entorrinal medial desenvolveram padrões de disparo distintos para cada trilha, como se estivessem construindo mapas mentais personalizados.

Alternando trilhas

Mas em uma tarefa mais desafiadora na qual os camundongos eram alternados aleatoriamente entre duas trilhas diferentes que já aprenderam, cada uma com uma localização de recompensa diferente, os camundongos idosos ficaram confusos — aparentemente incapazes de determinar em qual trilha estavam.

“Neste caso, a tarefa era mais semelhante a lembrar onde você estacionou seu carro em dois estacionamentos diferentes ou onde fica sua cafeteria favorita em duas cidades diferentes”, disse Giocomo.

Inseguros sobre onde estavam, os camundongos mais velhos tendiam a correr pelo restante da trilha sem se preocupar em parar e procurar recompensas. Alguns adotaram uma tática diferente e tentaram lamber em todos os lugares.

As células de grade refletiram sua confusão. Apesar de terem desenvolvido padrões de disparo distintos para cada trilha, suas células de grade dispararam de forma irregular quando as trilhas foram alternadas.

“A memória espacial deles e a rápida discriminação desses dois ambientes estavam realmente prejudicadas”, afirmou Charlotte Herber, PhD, estudante de MD-PhD e autora principal do estudo.

Os resultados parecem alinhar-se ao comportamento humano. “Pessoas mais velhas geralmente conseguem navegar em espaços familiares, como sua casa ou o bairro em que sempre viveram, mas têm muita dificuldade em aprender a navegar em um novo lugar, mesmo com experiência”, disse Giocomo.

Em contraste, tanto os camundongos jovens quanto os de meia idade entenderam a tarefa no sexto dia, e a atividade das células de grade rapidamente se ajustou de acordo com a trilha em que estavam.

“Nos dias um a seis, eles tiveram padrões de disparo espacial progressivamente mais estáveis que eram específicos para o contexto A e específicos para o contexto B”, disse Herber. “Os camundongos idosos falharam em desenvolver esses mapas espaciais discretos.”

Os camundongos de meia idade apresentaram padrões um pouco mais fracos na atividade cerebral, mas seu desempenho foi muito semelhante ao dos camundongos jovens. “Acreditamos que essa é uma capacidade cognitiva que, pelo menos até aproximadamente 13 meses na vida de um camundongo, ou talvez 50 a 60 anos em um humano, provavelmente está intacta”, disse Herber.

Super-idoso

Embora camundongos jovens e de meia idade tenham apresentado desempenho uniforme dentro de seus grupos de idade, o grupo mais velho mostrou mais variabilidade na memória espacial.

Os camundongos machos geralmente tiveram desempenho melhor do que as fêmeas, embora os pesquisadores ainda não saibam o porquê.

Um camundongo macho idoso se destacou: ele se saiu muito bem no teste, lembrando as localizações das recompensas escondidas em trilhas alternadas tão bem quanto, senão melhor do que, os camundongos jovens e de meia idade.

“Foi o último camundongo que eu registrei e, honestamente, quando eu o vi correr no experimento, pensei: ‘Oh não, esse camundongo vai estragar as estatísticas'”, disse Herber.

Em vez disso, o camundongo super-idoso confirmou a ligação entre a atividade das células de grade e a memória espacial. Suas células de grade estavam tão excepcionalmente ágeis quanto seu comportamento, disparando de forma clara e precisa em cada ambiente.

“A variabilidade no grupo mais velho nos permitiu estabelecer essas relações correlativas entre a função neural e o comportamento”, afirmou Herber.

O camundongo super-idoso também incentivou os pesquisadores a procurar diferenças genéticas que possam subjacentes à variabilidade no envelhecimento. Eles sequenciaram o RNA de camundongos jovens e idosos e encontraram 61 genes que estavam mais expressos em camundongos com atividade de células de grade instável. Esses genes poderiam estar envolvidos em impulsionar ou compensar o declínio da memória espacial, segundo os pesquisadores.

O gene Haplin4, por exemplo, contribui para a rede de proteínas que cercam os neurônios, conhecida como rede perineuronal, que poderia ajudar a estabilizar a atividade das células de grade e proteger a memória espacial em camundongos envelhecidos.

“Assim como os camundongos, as pessoas também exibem uma extensão variável de envelhecimento”, disse Herber. “Entender parte dessa variabilidade — por que algumas pessoas são mais resilientes ao envelhecimento e outras são mais vulneráveis — é parte do objetivo deste trabalho.”

Pesquisadores da Universidade da Califórnia, São Francisco, contribuíram para o estudo.

O estudo recebeu financiamento do Programa de Formação de Cientistas Médicos da Universidade de Stanford, do Instituto Nacional do Envelhecimento, da Iniciativa BRAIN dos Institutos Nacionais de Saúde (concedido U19NS118284), do Instituto Nacional de Saúde Mental (concedidos MH126904 e MH130452), do Instituto Nacional sobre o Abuso de Drogas (concedido DA042012), da Fundação Vallee e da Fundação James S. McDonnell.