Uma falha no supercomputador

O teu cérebro é o supercomputador mais avançado do mundo. Mas na doença de Huntington (DH), um processador central deste computador começa a avariar. Utilizando técnicas de imagem avançadas, um grupo de investigação da UCLA analisou de perto para identificar e visualizar os circuitos específicos que estão a falhar nas partes do cérebro mais afetadas pela DH – e como a doença faz com que pareçam diferentes. Descobriram que os circuitos específicos de uma região central do cérebro (o estriado) que são afetados na DH, chamados neurónios espinhosos médios, estão menos ligados e são menos espinhosos do que deveriam ser.

O computador mais complexo do mundo

O computador mais complexo do mundo não é feito de microchips – está mesmo dentro da tua cabeça. Embora os supercomputadores mais rápidos rivalizem com o cérebro humano em termos de potência computacional bruta, nada se compara à extraordinária flexibilidade e eficiência do teu cérebro.

Só para te dar uma ideia aproximada, o supercomputador mais potente da atualidade, chamado “El Capitan”, na Califórnia, concentra equipamento de ponta numa área equivalente a dois campos de ténis e consome a energia de uma pequena cidade. O cérebro tem apenas o tamanho de uma toranja e funciona com a energia de uma lâmpada fraca, mas, milagrosamente, atinge a mesma capacidade de computação. Sem mencionar que o El Capitan não consegue dançar, cantar, apanhar uma bola ou as inúmeras outras coisas incríveis que o teu cérebro consegue fazer!

Claramente, vale a pena compreender como funciona este computador incrível na tua cabeça e também como ele avaria na DH. Então, que parte deste computador é afetada na DH e como podemos compreender o que está a correr mal? Um grupo de investigação de ponta da UCLA aplicou algumas abordagens inventivas para responder a estas questões.

Uma avaria na computação central na DH

O cérebro não é exatamente como um computador feito de microchips, mas existem algumas semelhanças. Por um lado, o cérebro processa informação através de entradas e saídas. Este processamento acontece através de células especializadas chamadas neurónios, que funcionam um pouco como circuitos num microchip. E, tal como um computador, o cérebro está organizado em diferentes partes que processam coisas diferentes.

O cérebro tem uns incríveis 86 mil milhões de neurónios e outros tantos de células de suporte, o que, em conjunto, representa sensivelmente o mesmo número de células que existem de estrelas na Via Láctea. A escala do que o teu cérebro consegue fazer com todas estas células cerebrais é verdadeiramente impressionante. O El Capitan nem se aproxima.

Uma das partes mais importantes do nosso computador fantástico é uma região central do cérebro chamada estriado, que se divide ainda em caudado e putâmen.

Podes pensar no estriado como a Grand Central Station para muitos processos cerebrais – um local onde muitos circuitos se ligam. O estriado é uma das partes do cérebro mais afetadas na DH, e é por isso que os sintomas da DH podem ser tão diversos, incluindo movimentos descontrolados, problemas de humor e dificuldade de raciocínio. Por isso, para compreender a DH, tens de compreender o estriado.

Um tipo especial de circuito é afetado na DH

Algumas partes do cérebro têm dezenas e dezenas de tipos diferentes de neurónios, mas, felizmente, os neurónios encontrados no estriado não são tão diversos como noutras partes do cérebro. Isto torna o estriado um pouco mais fácil de compreender.

Podes pensar no estriado como um cluster de processamento no teu computador, com muitos circuitos que são semelhantes entre si. Estes circuitos no estriado chamam-se neurónios espinhosos médios, e representam a maioria dos neurónios ali encontrados. “Neurónio espinhoso médio” pode parecer um nome inventado, mas é mesmo assim que os cientistas lhes chamam, devido ao seu aspeto! São de tamanho médio e muito espinhosos. Também os podes ter visto designados pela sigla MSN.

Porque é que os neurónios espinhosos médios são tão espinhosos? É porque cada neurónio espinhoso médio recebe sinais de muitos outros neurónios no cérebro, e cada uma destas entradas acontece através de uma pequena espinha que sobressai do neurónio espinhoso médio. Os neurónios espinhosos médios têm muitas entradas, e é por isso que têm muitas espinhas. É a Grand Central Station do cérebro, lembras-te?

Os neurónios espinhosos médios são claramente muito importantes, mas não sabemos exatamente como estão ligados individualmente ao resto do cérebro, apenas que têm muitas entradas. São os neurónios espinhosos médios que são particularmente vulneráveis na DH, o que os cientistas pensam que faz com que o estriado avarie e cause os sintomas da DH.

Mapear os circuitos em três dimensões

Surpreendentemente, tem sido feita muito pouca investigação sobre o aspeto dos neurónios espinhosos médios, para além de serem espinhosos. Serão todos iguais? Qual é o seu aspeto quando estão danificados na DH? Um conceituado grupo de investigação da UCLA, liderado pelo Dr. X. William Yang, decidiu mapear o aspeto dos neurónios espinhosos médios no cérebro e o que lhes acontece na DH.

Para o fazer, o grupo marcou os neurónios espinhosos médios para que brilhassem ao microscópio e também marcou cada espinha – chamadas espinhas dendríticas, ou simplesmente dendritos. Não puderam fazer esta marcação em cérebros humanos, por isso fizeram-no em cérebros de ratinhos que também têm um estriado. Depois de marcarem os neurónios espinhosos médios e as suas espinhas (dendritos), cortaram o estriado em fatias e tiraram imagens detalhadas de cada fatia para ver como eram os neurónios espinhosos médios.

Isto é como cortar um molde de gelatina densa com pequenos frutos espalhados no interior, para que possas ver a fruta mais facilmente. Isto permitiu aos investigadores ver como eram os neurónios espinhosos médios em três dimensões dentro de cada fatia. Notavelmente, esta é a primeira vez que alguém olha para os neurónios espinhosos médios desta forma! Então, o que é que eles viram?

Nem todos os circuitos têm o mesmo aspeto

O estriado está, na verdade, dividido em mais clusters de processamento, embora todos tenham neurónios espinhosos médios que são afetados na DH. Por isso, os investigadores decidiram avaliar o aspeto dos neurónios espinhosos médios nestes diferentes clusters.

Mediram todo o tipo de variáveis sobre os neurónios espinhosos médios, como o número de espinhas que têm, o seu comprimento e a frequência com que as espinhas se ramificam em espinhas mais pequenas. Isto é um pouco como olhar para os circuitos numa parte específica de um computador e estudar o comprimento de cada um dos circuitos e para onde vão.

Curiosamente, os neurónios espinhosos médios parecem um pouco diferentes em diferentes partes do estriado. Nalgumas partes do estriado as espinhas são mais longas do que noutras, noutras partes são mais curtas. Nalgumas partes do estriado as espinhas são mais numerosas e nalgumas partes são mais ramificadas. Claramente, há muito mais a acontecer na forma como estes neurónios espinhosos médios estão ligados no estriado do que sabíamos anteriormente.

Na DH, existem menos ligações de circuitos do que deveria haver

Os neurónios espinhosos médios do estriado são especialmente vulneráveis na DH e começam a avariar e a desaparecer muito cedo na doença. Então, o que é que os cientistas observaram sobre a forma e o aspeto destes diferentes circuitos de neurónios espinhosos médios na DH?

Para estudar isto, fizeram a mesma marcação, corte de cérebro e imagiologia ao microscópio, mas desta vez num ratinho que modela a DH com uma repetição CAG expandida. Curiosamente, os neurónios espinhosos médios nos ratinhos com DH eram menos complexos e tinham menos ramos.

Isto sugere que, na DH, pode haver menos ligações de circuitos do que deveria haver entre os neurónios espinhosos médios e o resto do cérebro. Por outras palavras, a avaria do estriado na DH pode estar relacionada com uma menor conetividade com o resto do cérebro, como um núcleo de processamento que perde as ligações ao resto do computador.

Compreender como os neurónios afetados na DH perdem as suas ligações com o resto do cérebro é fundamental para perceber como repará-los ou impedir que avariem logo à partida. Com mais estudos como estes, poderemos desenvolver melhores formas de acompanhar e tratar as causas da DH no futuro.

Resumo

• O teu cérebro é o computador mais complexo do mundo
• A DH faz com que uma parte específica deste computador, o estriado, avarie
• Circuitos específicos no estriado, chamados neurónios espinhosos médios, parecem perder-se na DH
• A investigação sugere que os neurónios espinhosos médios têm uma aparência e ligações ligeiramente diferentes em diferentes partes do estriado
• Os neurónios espinhosos médios parecem ser menos complexos na DH e ter menos ligações