Afinal como é que aprendemos? Núcleos do cerebelo são uma grande contribuição para o processo

O córtex do cerebelo, conhecido como o “pequeno cérebro”, era dado como responsável por regular a aprendizagem associativa. Por exemplo, se uma chávena de chá estiver a fumegar, certamente que não coloca a boca para não se queimar, esperando um pouco antes de beber. Ou quando os nossos dedos ficam presos numa porta, na próxima teremos mais cuidado. Estes são tipos de aprendizagem associativa, em que uma experiência positiva ou negativa leva a um comportamento de aprendizagem.

Os cientistas da Netherlands Institute for Neuroscience, o Erasmus MC e a Fundação Champalimaud realizaram novos estudos para compreender melhor como os núcleos do cerebelo contribuem para esse processo de aprendizagem e resultado é que estão associados “de forma surpreendente”.

As equipas de investigadores na Holanda e em Portugal analisaram o cerebelo de pequenos ratos. Os animais foram treinados com dois estímulos diferentes: um breve flash de luz, seguido por um sopro de ar no olho. Com o tempo, os ratos aprenderam a associar os dois estímulos, levando-os a fechar os olhos preventivamente ao verem o flash de luz. É explicado que este paradigma comportamental é usado há muitos anos como forma de explorar o funcionamento do cerebelo.

Na estrutura do cerebelo, existem duas partes principais que os cientistas distinguiram. A primeira é o córtex cerebelar, ou a camada externa do cerebelo; e os núcleos cerebelares, que são a parte interna. Estas duas partes estão interligadas. Os cientistas explicam que os núcleos são grupos de células cerebrais que recebem todo o tipo de informação do córtex, que por sua vez têm conexões com outras áreas do cérebro capazes de controlar diretamente os músculos, incluindo a pálpebra. Na conclusão, os núcleos “são essencialmente o centro de output do cerebelo”, lê-se no documento.

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Segundo o investigador Robin Broersen, há muito que o córtex cerebelar era considerado o principal responsável pela aprendizagem do reflexo e pelo timing do fecho da pálpebra. O estudo demonstra que fechar a pálpebra no momento mais oportuno também pode ser regulado pelos núcleos cerebelares. As equipas estavam a trabalhar e questões científicas semelhantes e decidiram colaborar para as conclusões agora registadas.

É também descrito que o cerebelo é influenciado por outras regiões do cérebro, através de diferentes conexões, que são chamadas de fibras musgosas e as fibras trepadeiras. Na experiência com os ratinhos, os cientistas pensam que, enquanto as fibras musgosas transportam a informação da luz, as trepadeiras transmitem informação relacionada com o sopro de ar. Informação que depois é convergida no córtex e nos núcleos do cerebelo.

A equipa holandesa foi responsável por investigar o efeito da aprendizagem associativa nestas ligações aos núcleos. E descobriu que as fibras musgosas tinham criado ligações mais fortes aos núcleos dos ratos que apresentavam aprendizagem associativa.

Do lado da equipa portuguesa foi testada a capacidade de aprendizagem dos núcleos cerebelares através do método optogenética. Este utiliza luz para controlar a atividade dos neurónios. Segundo a investigadora Catarina Albergaria, “em vez de usar um flash de luz normal para treinar animais, estimulámos diretamente as conexões cerebrais, ao mesmo tempo que a combinamos com um sopro de ar nos olhos”.

A experiência fez com os ratinhos fechassem as pálpebras no momento certo, demonstrando que os núcleos cerebelares podem suportar a aprendizagem deste tipo de comportamento. Para confirmar que a aprendizagem estava a acontecer nos núcleos, os cientistas foram repetindo as experiências em espécimes cujo córtex cerebelar havia sido inativado, explica a investigadora portuguesa.

No processo de aprendizagem, segundo a investigadora Cathrin Canto, as conexões entre as células cerebrais mudam. Mas não era claro onde é que essas mudanças estavam a ocorrer no cerebelo. Os investigadores olharam para aquilo que acontece com os inputs dos núcleos cerebelares, provenientes das fibras musgosas e outros inputs durante a aprendizagem; e descobriram que nos ratinhos que aprenderam, as conexões das fibras musgosas com os núcleos tornaram-se mais fortes. Algo que não aconteceu com aqueles que não aprenderam.

Durante as experiências, foram também observadas atividades elétricas dentro das células. Nos animais treinados, a exposição à luz fez com que atividade elétrica do núcleo fosse alterada. Estas células tornaram-se ais ativas quanto mais próximo, em termos de tempo, chegava o sopro do ar. “As células estavam preparadas para o que estava a acontecer e podiam ter a sua atividade elétrica precisa o suficiente para controlar a pálpebra antes mesmo do sopro ocorrer”, salienta Cathrin Canto.

A equipa de investigação disse ainda que a anatomia geral do cerebelo é semelhante entre os ratos e humanos. Mesmo que os humanos tenham muito mais células, espera-se uma organização semelhante. Os resultados do estudo contribuem para a compreensão de como os danos do cerebelo afetam o seu funcionamento, o que pode ser uma ajuda para doentes no futuro. “A ativação das conexões estabelecidas com os núcleos, via estimulação cerebral profunda, poderá vir a tornar possível a aprendizagem de novas habilidades motoras”, disse Robin Broersen.

O estudo é considerado único sobre o tema porque converge resultados de técnicas anatómicas, fisiológicas e optonegéticas. “É notável como múltiplas linhas paralelas de evidências, provenientes de diferentes equipas, convergiram para revelar uma imagem completa daquilo que está a acontecer”, destaca a investigadora Megan Carey.