A repetição hipocampal é um fenômeno observado em diversos animais como em ratos, camundongos, gatos, coelhos, pássaros canoros e macacos. Embora a repetição tenha sido caracterizada inicialmente em animais não humanos, a reativação sequencial semelhante à repetição também foi relatada em humanos usando métodos não invasivos, como EEG-fMRI simultâneo, em que eventos transitórios de repetição são associados à atividade hipocampal e a mudanças coordenadas em redes cerebrais de grande escala. Durante o sono ou o repouso em vigília, a repetição refere-se à recorrência de uma sequência de ativações celulares que também ocorreram durante a atividade, mas a repetição tem uma escala de tempo considerada muito mais rápida. Também foram encontrados casos em que uma sequência de ativações ocorre antes da atividade propriamente dita, mas ainda assim é a mesma sequência. Essa atividadeé chamado de pré-reprodução. O fenômeno foi observado principalmente no hipocampo, uma região cerebral associada à funções cognitivas como memória e à navegação espacial. As células que exibem esse comportamento são conhecidas como as células de lugar que são caracterizadas por aumentarem sua atividade de forma confiável quando o animal está em uma determinada localização no espaço. Durante a movimentação do animal, as células de lugar disparam em uma sequência de acordo com o caminho percorrido pelo. Em uma instância de repetição, as células são ativadas similarmente como se estivessem em resposta, reproduzindo o mesmo caminho espacial literal, mas a uma taxa muito mais rápida do que a taxa de deslocamento real do animal. A repetição hipocampal tem sido proposta como um mecanismo de suporte à consolidação da memória e à construção de "mapas cognitivos" internos do espaço e dos eventos. Pesquisas na área da computação e comportamentais mais recentes sugerem que a repetição também pode contribuir para o planejamento e a tomada de decisões flexíveis, permitindo que sequências prospectivas de estados ou ações sejam avaliadas antes de serem executadas.
Contexto histórico A atividade das células de lugar já era bem conhecida quando o primeiro estudo explorou esse fenômeno em 1989. Os pesquisadores mostraram que a atividade neural de células de lugar individuais durante o sono era semelhante à atividade durante o estado de vigília. Essa atividade era maior do que a de outras células.Estudos subsequentes mostraram que grandes grupos de células também demonstravam esse tipo de aumento de atividade durante o sono. Além disso, descobriu-se que a ordem de atividade das células de lugar também era replicada durante o sono. Sequências de disparo de três ou mais neurônios observadas no hipocampo durante a locomoção mostraram-se recorrentes seletivamente durante o sono de ondas lentas subsequente, com maior probabilidade do que durante o sono precedente, e a repetição da sequência era comprimida durante oscilações de alta frequência. Essas oscilações de campo de alta frequência, chamadas de ondulações, foram observadas no estado de sono e posteriormente demonstraram desempenhar um papel causal na consolidação da memória. Após a descoberta da atividade das células de lugar, o próximo passo foi a descoberta do processo de repetição durante o estado de vigília. Em 1999, dez anos após a descoberta inicial, registros neurais em estado de vigília também apresentaram atividade de repetição. É mais difícil detectar essa atividade em estado de vigília e com isso vários métodos, incluindo a decodificação Bayesiana, têm sido aplicados para quantificar eventos de repetição que ocorrem durante modulações de ondas curtas. Avanços recentes tem mostrado que a repetição pode ocorrer de forma inversa e que também ocorre em diferentes ambientes. O papel da repetição na consolidação da memória nessas diferentes condições e ambientes ainda está sendo explorado e diversas teorias tentam responder a essa questão.
Localização e estado comportamental A repetição pode acontecer em inúmeras condições comportamentais, fisiológicas e ambientais . A primeira distinção entre os estados de vigília e sono pode representar diferentes papéis na consolidação da memória. No estado de sono, os eventos de ondulação e a atividade das células de lugar, semelhantes à atividade do ambiente, definem os eventos de repetição. No estado de sono, também existe uma distinção entre REM (movimento rápido dos olhos) e SWS (sono de ondas lentas), o que tem relevância para os eventos de repetição. Durante o SWS, as células de lugar disparam em ordem sequencial, indicando repetição e possivelmente consolidação da memória. No entanto, durante o sono REM, fase em que os sonhos ocorrem em humanos, também ocorrem eventos de repetição, mostrando um possível papel das células de lugar nos sonhos. No estado de vigília, a mesma atividade ocorre, porém é mais difícil de detectar e o animal precisa estar em repouso. Existem muitos ambientes para eventos de reprodução no animal acordado. O comprimento do percurso pode ser diverso, curto ou longo, e ainda assim ser reproduzido por um conjunto de células de lugar. Além disso, a reprodução de um único ambiente pode ocorrer quando o animal está nesse ambiente ou em ambientes diferentes. Esse fenômeno pode mostrar que a consolidação da memória é um processo persistente que pode ocorrer em vários tipos diferentes de ambientes e condições comportamentais.
Planejamento A ativação sequencial das células de lugar do hipocampo de acordo com seus campos de lugar pode ocorrer durante períodos de repouso antes que o animal esteja efetivamente percorrendo o caminho ativado, mesmo que o animal nunca o tenha experimentado antes. Indicando que a ativação do hipocampo durante o repouso pode ter uma função não apenas na consolidação e recuperação da memória, mas também no planejamento, que contribui para a organização da rede para aprimorar a codificação de experiências futuras vivenciadas pelo animal.
Sinal sensorial para ativação Estímulos sensoriais podem induzir eventos de repetição ou intensificar a repetição: no estado de vigília, a repetição geralmente começa na localização atual e se movimenta para frente ou para trás no tempo, e locais próximos têm maior probabilidade de serem os campos de lugar dos neurônios que exibem repetição do que locais distantes. Esse fato é comparavel à recuperação de memória por pistas, onde uma entrada sensorial desencadeia a recuperação de memórias semelhantes ou relevantes. A pista pode até mesmo desencadear uma repetição em um ambiente diferente, se as células de lugar ativadas representarem uma localização em um ambiente diferente, além da localização atual do animal.
Interação com o córtex Os estudos estão começando a compreender que a repetição pode não ocorrer apenas no hipocampo . A repetição tem sido associada à atividade coerente em regiões corticais da rede de modo padrão. Em humanos, medições simultâneas de EEG-fMRI mostraram que eventos semelhantes à repetição são acompanhados por ativação generalizada em áreas como hipocampo, córtex pré-frontal medial, córtex cingulado posterior e outras regiões da rede de modo padrão, indicando que a repetição está inserida em padrões de atividade coordenados em redes cerebrais de grande escala. Após o aprendizado, eventos de repetição semelhantes ocorreram tanto no tálamo quanto no córtex . Além disso, o córtex visual apresentou atividade populacional que foi coordenada em regiões de tempo discretas e que ocorreu simultaneamente com a atividade no hipocampo. Essas descobertas, juntamente com os padrões de ativação em grande escala relatados em humanos, sugerem que a atividade relacionada à repetição não se limita ao hipocampo, mas reflete interações coordenadas entre circuitos hipocampais e redes corticais distribuídas. A reativação simultânea no hipocampo e no córtex pode demonstrar que a consolidação da memória requer entrada/saída cortical para manter uma memória. Essa hipótese está alinhada com a ideia de que o córtex desempenha um papel fundamental na recuperação da memória após a consolidação. Isso indica que a repetição hipocampal pode desempenhar o papel de transferência de informações entre o hipocampo e o córtex, embora essa ideia precise de mais estudos para ser confirmada. Resultados de neuroimagem em humanos que demonstram ativação desencadeada pela repetição em regiões corticais distribuídas apoiam ainda mais a ideia de que a repetição contribui para a troca de informações em redes de grande escala envolvidas na memória e na cognição direcionada internamente.
Função na memória A repetição hipocampal no estado de vigília tem sido discutida, embora não comprovada, como correlacionada com o desempenho em tarefas de navegação após o evento de repetição. A repetição pode desempenhar um papel na consolidação de memórias relacionadas à localização espacial, embora uma relação causal clara entre repetição e consolidação da memória ainda precise ser comprovada. Além disso, a repetição também parece estar relacionada à recuperação da memória: ela é ativada por estímulos que também desencadeiam a recuperação da memória e em situações que a exigem, como o planejamento de uma trajetória com base nas consequências de escolhas passadas. Essa relação também ainda é apenas correlativa, mas existem estudos que mostram evidências da necessidade da repetição para a recuperação bem-sucedida da memória. Além da recuperação, a repetição hipocampal tem sido proposta para apoiar a avaliação prospectiva durante a tomada de decisões, onde sequências geradas internamente permitem que um organismo compare possíveis ações futuras antes de definir um determinado caminho. A modelagem computacional demonstrou que sequências semelhantes a repetições podem atuar como simulações internas (“rollouts”) que apoiam o comportamento direcionado a objetivos, passando informações preditivas para circuitos de controle frontal envolvidos no planejamento. Pesquisas experimentais em humanos também indicam que o momento e a frequência de eventos semelhantes a repetições durante o repouso podem estar relacionados ao desempenho subsequente do planejamento, o que é consistente com a ideia de que a repetição contribui para a tomada de decisão flexível e baseada em modelos. A repetição provavelmente participa tanto na consolidação de memórias quanto na construção de um mapa cognitivo. A repetição também provavelmente desempenha um papel importante na geração e manutenção de um mapa de valores, que é uma variação proposta do mapa cognitivo no qual as memórias são reforçadas de acordo com seus valores. Nesse estudo, os pesquisadores desenvolveram uma tarefa de memória de sequência espacial na qual ratos tinham que seguir uma de quatro trajetórias diferentes para obter uma recompensa em um local designado. Eles avaliaram as repetições hipocampais relacionadas não apenas a uma trajetória recentemente experimentada, mas também a outras trajetórias que levam a um local com recompensa. Utilizando essa tarefa, isso possibilitou determinar como a recompensa e o histórico de navegação afetam as repetições hipocampais durante o estado de vigília. Como os padrões de ativação das células de lugar do hipocampo são reproduzidos durante as ondas agudas de alta frequência (SWRs) na mesma ordem em que foram disparados durante a trajetória espacial experimentada, bem como na ordem inversa.
Referências