Conexões complexas de células cerebrais no cerebelo são mais comuns do que se acreditava – Strong The One

Embora essas representações iniciais tenham capturado vários dendritos que se estendem do corpo celular, a sabedoria predominante entre os neurocientistas até hoje é que as células de Purkinje têm apenas um dendrito primário que se conecta a uma única fibra ascendente do tronco cerebral. Nova pesquisa da Universidade de Chicago publicada esta semana na Ciência mostra que os desenhos de Cajal eram precisos o tempo todo, no entanto – quase todas as células de Purkinje no cerebelo humano têm múltiplos dendritos primários.

Estudos posteriores em camundongos mostraram que cerca de 50% de suas células de Purkinje também têm essa estrutura mais complexa e, dessas células, 25% recebem informações de várias fibras trepadeiras que se conectam com diferentes ramificações dendríticas primárias. Experimentos registrando a atividade celular em camundongos vivos também revelaram que os ramos primários podem ser ativados independentemente, respondendo a diferentes estímulos do ambiente.

“Quanto mais você trabalha com um certo protótipo de célula em sua mente, mais você o aceita”, disse Christian Hansel, PhD, professor de neurobiologia da UChicago e autor sênior do estudo, referindo-se ao modelo canônico que as células de Purkinje possuem. um dendrito primário que se conecta com uma fibra de escalada. “Esses desenhos de Cajal existem desde 1900, então definitivamente tivemos tempo suficiente para prestar atenção, mas só agora, com essa análise quantitativa, vemos que é quase universal que as células humanas tenham múltiplos dendritos completos cada uma, e podemos ver que faz uma diferença qualitativa também.”

Reescrevendo uma ideia de livro didático

O cerebelo (do latim, ‘pequeno cérebro’) fica na base do crânio, logo acima de onde a medula espinhal se conecta. Desde que o médico francês Jean Pierre Flourens descreveu pela primeira vez a função do cerebelo em 1824, os cientistas acreditavam que seu único trabalho era coordenar o movimento e a atividade muscular, mas os avanços na tecnologia mostraram que o cerebelo também desempenha um papel significativo no processamento de informações sobre as funções internas e externas do corpo. ambiente externo, incluindo sensações de propriocepção e equilíbrio.

As células de Purkinje do cerebelo são como grandes antenas que recebem milhares de entradas que transmitem um espectro de informações contextuais do resto do corpo. Esses sinais são então integrados a um sinal de erro de previsão, indicando uma incompatibilidade entre o contexto e a expectativa do cérebro. Este sinal de erro é fornecido por fibras nervosas que sobem do tronco cerebral e se conectam com suas estruturas-alvo de dendritos de Purkinje. Muito apropriadamente, esses nervos são chamados de “fibras de escalada”.

O entendimento padrão dessas conexões é que cada célula de Purkinje tem um dendrito primário que se ramifica do corpo celular e se conecta com uma fibra trepante, formando uma única unidade computacional. A crença nessa relação um-para-um entre fibras trepadeiras e células de Purkinje, um dogma central no campo que pode ser encontrado em todos os livros de neurociência, vem em grande parte de estudos com roedores, que têm principalmente a configuração dendrítica única.

Muitos estudos dessas estruturas no passado se concentraram em pequenos números de células, portanto, para esta nova pesquisa, Silas Busch, um estudante de doutorado no laboratório de Hansel e primeiro autor do artigo, começou observando milhares de células de seres humanos e humanos. tecido de rato. Ele usou uma técnica de coloração baseada em anticorpos, conhecida como imuno-histoquímica, para marcar seletivamente as células de Purkinje em fatias finas do cerebelo. Ele então categorizou a estrutura de todas as células que pôde observar e descobriu que mais de 95% das células de Purkinje humanas tinham múltiplos dendritos primários, enquanto em camundongos esse número estava muito próximo da metade.

“Você tem uma noção de quanto essa era uma ideia predominante no campo porque, anatomicamente, eles são chamados de dendritos ‘primários’ de uma célula”, disse Busch. “Portanto, até mesmo a descrição da estrutura dessas células é baseada naquele protótipo de camundongo que tem um dendrito que você pode chamar de dendrito primário”.

Essa notável diferença de espécies, em uma das áreas cerebrais mais conservadas evolutivamente, compartilhada entre mamíferos e até mesmo outros vertebrados, levou Busch e Hansel a perguntar se poderia haver uma consequência funcional em ter vários dendritos primários em vez de apenas um. A fibra trepadeira, com uma relação auspiciosa um-para-um e um emaranhado íntimo do dendrito primário, foi o primeiro suspeito.

Usando seções do cerebelo de camundongos que continham células ainda vivas, Busch injetou as células com corante para ver seus ramos e, em seguida, estimulou entradas de fibras trepadeiras. Ele observou que 25% das células com múltiplos dendritos primários receberam múltiplas fibras trepadeiras, reescrevendo uma ideia de livro didático de que cada célula de Purkinje recebe apenas uma entrada de fibra trepadeira, enquanto as células com um único dendrito primário não.

Ratos ambulantes e bigodes balançando

Incentivado por esta descoberta de que uma porção considerável – embora uma minoria – de células de Purkinje com múltiplos dendritos primários também receberam informações de múltiplas fibras trepadeiras, Busch conduziu uma série de experimentos em camundongos vivos para ver se isso levava a diferenças funcionais no corpo vivo. rato. Primeiro, ele injetou um corante fluorescente indicador de cálcio no cerebelo e implantou uma pequena janela de vidro para observar posteriormente o fluxo de cálcio nos dendritos das células de Purkinje. Ao restringir a cabeça do camundongo sob um microscópio enquanto ele corria em uma esteira, ele pôde medir o fluxo de cálcio que indicava quando uma fibra trepadeira está fornecendo uma entrada forte para a célula. Em células com um dendrito primário, imagens de alta resoluç&