Até Platão e Aristóteles, as pessoas acreditavam que as nossas memórias tinham de ser coisas físicas que estavam armazenadas algures no cérebro. Mas só nos tempos modernos é que aprendemos muito sobre o que é esse algo. Primeiro, o algo recebeu um nome: engrama de memória. Então, conforme o conhecimento acumulado sobre o que acontece nos neurônios e suas sinapses à medida que eles se tornam ativos no aprendizado e na memória, ficou claro que os eventos de aprendizado que podiam ser lembrados estavam causando mudanças químicas e físicas nas junções (sinapses) entre os neurônios que participam da experiência de aprendizado.
neurônios participantes crescem novos ramos dendríticos (chamados de espinhas), e as sinapses nessas espinhas se expandem, e seus sistemas neurotransmissores se tornam aprimorados. Estas mudanças constituem o engrama. A reativação pós-aprendizagem das sinapses com tal engrama pode produzir recall da aprendizagem original que criou o engrama.
Nos primeiros dias da neurociência, os cientistas acreditavam que as experiências de aprendizagem designavam ou recrutavam certas partes do cérebro para segurar a memória. Um experimentador, Karl Lashley, ensinou certas tarefas a animais de laboratório e depois, sob anestesia, destruiu diferentes partes do neocórtex na esperança de encontrar onde a memória estava armazenada. Ele não conseguia encontrar nenhum local de armazenamento em particular. O que ele descobriu foi que quanto mais extenso ele fazia as lesões corticais, mais provável era que ele pudesse apagar a memória. Em outras palavras, a memória de uma determinada experiência parecia ser desconstruída e dividida em diferentes regiões.
Então vieram os estudos quantitativos de EEG de E. Roy John, nos quais ele rastreou a localização das respostas elétricas do cérebro em diferentes partes do córtex durante as experiências de aprendizagem. Ele viu que uma determinada experiência de aprendizagem produziria respostas elétricas em várias partes do córtex, sugerindo novamente uma desconstrução e distribuição de engramas de memória. Isto levou-o a proclamar, de forma famosa: “A memória não é uma coisa num lugar, mas um processo numa população”.
Bem, nós sabemos que isto é um pouco exagerado. Existe uma coisa como um engrama de memória que é armazenado em lugares específicos. No entanto, existe um processo de distribuição para criar o engrama em múltiplos locais e para orquestrá-los em atividade simultânea e coordenada durante o recall da memória.
A engenharia genética moderna e a tecnologia de manutenção de neurônios fornecem novas ferramentas poderosas para examinar os neurônios que participam da união dos circuitos neurais – engramas envolvidos. Existem agora maneiras de imaginar e manipular os engramas a nível de conjuntos neuronais. Várias linhas de evidência mostram que os engramas de neurônios podem ser vistos histologicamente e avaliados sob várias abordagens experimentais.
Por exemplo, manchas histológicas revelando neurônios que são ativados por uma experiência de aprendizado mostram que eles também são ativos durante a recuperação de memória dessa experiência. Em segundo lugar, estudos de perda de função mostram que a perda da função do neurônio engrama após uma experiência prejudica a recuperação de memória subseqüente. Terceiro, estudos mostram que a recuperação de memória pode ser ativada pela estimulação optogenética dos neurônios engrama na ausência de qualquer sinal de recuperação sensorial natural.
a abordagem básica utilizada pelos investigadores no laboratório do Susumu Tonegawa foi ensinar ratos a não entrar em uma câmara na qual eles receberiam um leve choque elétrico. Neurônios que são ativados por este condicionamento do medo fluorescem em manchas imunohistológicas de cortes de cérebro em camundongos que são sacrificados em vários momentos após a aprendizagem revelam um engrama de memória que reside em neurônios selecionados na amígdala (que processa informações de medo), no hipocampo (que converte memória de curto prazo em memória de longo prazo), e em múltiplas regiões do neocórtex (que detém memória de longo prazo na forma de capacidade sináptica aprimorada). Algumas dessas células ainda fluorescem quando examinadas muitos dias depois, indicando que elas se tornaram parte de um conjunto de neurônios engramáticos que possuem uma representação relativamente duradoura da experiência original aprendida.
Outros ratos foram geneticamente modificados para que as células engramáticas fluorescessem e fossem ativadas quando expostas a uma luz fornecida através de cabos de micro-fibra óptica implantados cirurgicamente em várias regiões do neocórtex. Essa estimulação luminosa das células de engrama confirmou seu estado de engrama porque a estimulação luminosa por si só desencadeou o comportamento previamente aprendido (congelamento no local, em vez de entrar na câmara de choque). Uma descoberta chave foi que os neurônios de engrama no córtex pré-frontal eram “silenciosos” logo após a aprendizagem – eles podiam iniciar o comportamento de congelamento quando ativados artificialmente pela luz fornecida através de filamentos de fibra ótica implantados cirurgicamente, mas eles não atiravam durante a recordação da memória natural. Em outras palavras, o engrama de memória foi formado imediatamente nos três locais (amígdala, hipocampo e neocórtex), mas as células do engrama no neocórtex tiveram que amadurecer com o tempo para se tornarem totalmente funcionais.
Durante as duas semanas seguintes, os neurônios do engrama no neocórtex amadureceram gradualmente, como refletido por mudanças em sua anatomia e atividade fisiológica. Ao final desse mesmo período, as células do engrama hipocampal tornaram-se silenciosas e não foram mais usadas para o recall natural. Neste ponto, os ratos podiam lembrar o evento naturalmente, sem a ativação das células neocórticas pela luz das fibras ópticas. Entretanto, traços da memória permaneceram no hipocampo, porque a reativação daqueles neurônios hipocampais com luz levou os animais ao congelamento.
a visão predominante no passado era que as experiências de aprendizagem são temporariamente mantidas em circuitos no hipocampo e depois exportadas para outras partes do cérebro para armazenamento final. Tanto no passado como agora, todas as evidências indicam que o hipocampo é crucial para formar memórias duradouras de experiências que não envolvem aprendizagem motora, mas os mecanismos tinham sido incertos. Os neurocientistas sabiam que as memórias de longo prazo eram armazenadas fora do hipocampo porque as pessoas com danos hipocampais podem perder a capacidade de formar novas memórias de longo prazo, mas ainda são capazes de lembrar memórias antigas.
Agora, a nova pesquisa sugere que os engramas de memória não são transportados do hipocampo para o neocórtex, mas estão presentes em ambos os lugares no início da aprendizagem. O engrama de memória no neocórtex apenas requer maturação para que a memória se torne mais permanente. Além disso, o hipocampo não pode, e não necessita, de manter engramas de longa duração.
Embora esta seja uma nova forma de pensar sobre os mecanismos de como as memórias temporárias se consolidam em memórias de longa duração, a ideia convencional de consolidação permanece confirmada. Ou seja, o engrama de memória deve amadurecer ao longo do tempo na forma de alterações bioquímicas e anatômicas nas células do engrama. Obviamente, esse processo de maturação seria interrompido se essas mesmas células de engrama fossem recrutadas para servir a outros propósitos de aprendizagem antes de terem terminado sua maturação como um engrama de memória específico. Isto também ajuda a explicar porque os ensaios subsequentes ajudam a fazer com que as memórias durem mais tempo, porque cada ensaio re-inicia os neurónios engrama no mesmo tipo de actividade que realizaram durante a aprendizagem, fortalecendo assim as sinapses relevantes.
Uma vez que as memórias foram formadas nos ratos condicionados pelo medo, as células engrama na amígdala permaneceram inalteradas ao longo do decurso da experiência. Essas células, que são necessárias para evocar as emoções ligadas a memórias específicas, como o medo de entrar na câmara de choque neste caso, comunicam-se com células engramáticas tanto no hipocampo quanto no córtex pré-frontal.
Não sabemos o que acontece com as células engramáticas específicas da memória no hipocampo. Talvez, à medida que vão perdendo gradualmente o seu estado de engrama, fiquem disponíveis para processar novos tipos de experiências de aprendizagem. Talvez alguns vestígios de engrama permaneçam no hipocampo e sejam acessíveis para reativação se forem recebidos inputs altamente relevantes, como poderia ser o caso com fortes sugestões de memória. Talvez o ponto importante é que estas novas técnicas de etiquetagem de células de engrama abrem a porta para novas maneiras de estudar a recuperação de memória, o aspecto há muito negligenciado dos mecanismos de memória.
Outra descoberta potencialmente relevante deste tipo de pesquisa é que os engramas de memória podem ficar danificados, mas ainda podem existir de uma forma que não pode ser recuperada por meios naturais. O facto de tais engramas “silenciosos” poderem ser recuperados com estimulação optogenética directa indica que as falhas de memória não indicam necessariamente que a memória se perde. O problema pode estar na inadequação das pistas de memória natural usadas para desencadear a recuperação da memória.
A porta também está agora aberta para experiências que possam fazer avançar a nossa compreensão da maturação dos engramas neuronais no neocórtex. O que é conhecido até agora é que a maturação requer comunicação inicial com as células de engrama no hipocampo. A ruptura das conexões hipocampais entre o hipocampo e o córtex frontal impede a maturação das células do engrama neocortical.