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Os pesquisadores descobriram um mecanismo que pode explicar por que certas partes do corpo são tão sensíveis.
Algumas partes do corpo – as mãos e os lábios, por exemplo – são mais sensíveis do que outras, tornando-as ferramentas essenciais na nossa capacidade de discernir os detalhes mais intrincados do mundo que nos rodeia.
Esta capacidade é fundamental para a nossa sobrevivência, permitindo-nos navegar com segurança pelo nosso entorno e compreender e responder rapidamente a novas situações. Talvez não seja surpreendente que o cérebro dedique um espaço considerável a estas superfícies sensíveis da pele que são especializadas para um toque fino e discriminativo e que recolhem continuamente informações detalhadas através dos neurónios sensoriais que as inervam.
Mas como é que a ligação entre os neurónios sensoriais e o cérebro resulta numa pele tão extremamente sensível?
Um novo estudo liderado por pesquisadores da Harvard Medical School revelou um mecanismo que pode estar por trás da maior sensibilidade de certas regiões da pele.
A pesquisa, realizada em ratos e publicada hoje (11 de outubro de 2021) em Célula, mostra que a representação excessiva de superfícies sensíveis da pele no cérebro se desenvolve no início da adolescência e pode ser identificada no tronco cerebral. Além disso, os neurônios sensoriais que povoam as partes mais sensíveis da pele e transmitem informações ao tronco cerebral formam mais conexões e conexões mais fortes do que os neurônios nas partes menos sensíveis do corpo.
“Este estudo fornece uma compreensão mecanicista de por que mais espaço cerebral é dedicado às superfícies da pele com alta acuidade tátil”, disse o autor sênior David Ginty, professor de neurobiologia Edward R. e Anne G. Lefler na Harvard Medical School. “Basicamente, é um mecanismo que ajuda a explicar por que alguém tem maior acuidade sensorial nas partes do corpo que a necessitam.”
Embora o estudo tenha sido feito em ratos, a representação excessiva de regiões sensíveis da pele no cérebro é observada em mamíferos – sugerindo que o mecanismo pode ser generalizável para outros espécies. Do ponto de vista evolutivo, os mamíferos têm formas corporais dramaticamente variadas, o que se traduz em sensibilidade em diferentes superfícies da pele. Por exemplo, os humanos têm mãos e lábios altamente sensíveis, enquanto os porcos exploram o mundo usando focinhos altamente sensíveis. Assim, Ginty acredita que este mecanismo poderia fornecer flexibilidade de desenvolvimento para que diferentes espécies desenvolvessem sensibilidade em diferentes áreas.
Além disso, as descobertas, embora fundamentais, poderão algum dia ajudar a esclarecer as anomalias do toque observadas em certos distúrbios do desenvolvimento neurológico em humanos.
Os cientistas sabem há muito tempo que certas partes do corpo estão sobre-representadas no cérebro – conforme representado pelo mapa sensorial do cérebro, chamado homúnculo somatossensorial, um esquema de partes do corpo humano e as áreas correspondentes no cérebro onde os sinais dessas partes do corpo são processados. A ilustração impressionante inclui mãos e lábios grandes e caricaturais. Anteriormente, pensava-se que a representação excessiva de regiões sensíveis da pele no cérebro poderia ser atribuída a uma maior densidade de neurônios que inervam essas áreas da pele. No entanto, trabalhos anteriores do laboratório Ginty revelaram que, embora a pele sensível contenha mais neurónios, estes neurónios extra não são suficientes para compensar o espaço cerebral adicional.
“Percebemos que havia um número bastante escasso de neurônios inervando a pele sensível em comparação com o que esperávamos”, disse o coautor Brendan Lehnert, pesquisador em neurobiologia, que liderou o estudo com Celine Santiago, também um pesquisador no laboratório Ginty.
“Simplesmente não estava acertando”, acrescentou Ginty.
Para investigar esta contradição, os investigadores conduziram uma série de experiências em ratos que envolveram imagens do cérebro e dos neurónios à medida que os neurónios eram estimulados de diferentes maneiras. Primeiro, eles examinaram como as diferentes regiões da pele foram representadas no cérebro ao longo do desenvolvimento. No início do desenvolvimento, a pele sensível e sem pelos da pata de um rato era representada proporcionalmente à densidade dos neurônios sensoriais. No entanto, entre a adolescência e a idade adulta, esta pele sensível tornou-se cada vez mais sobre-representada no cérebro, embora a densidade dos neurónios permanecesse estável – uma mudança que não foi observada na pele menos sensível e peluda das patas.
“Isto imediatamente nos disse que há algo mais acontecendo do que apenas a densidade de inervação das células nervosas na pele para explicar esta representação excessiva no cérebro”, disse Ginty.
“Foi realmente inesperado ver mudanças nesses momentos de desenvolvimento pós-natal”, acrescentou Lehnert. “Esta pode ser apenas uma das muitas mudanças no desenvolvimento pós-natal que são importantes para nos permitir representar o mundo tátil que nos rodeia e nos ajudar a adquirir a capacidade de manipular objetos no mundo através do circuito sensório-motor do qual o toque é uma parte tão especial. .”
Em seguida, a equipe determinou que o tronco cerebral – a região na base do cérebro que transmite informações dos neurônios sensoriais para regiões cerebrais mais sofisticadas e de ordem superior – é o local onde ocorre a representação ampliada das superfícies sensíveis da pele. Esta descoberta levou os investigadores a uma conclusão: a representação excessiva da pele sensível deve surgir das ligações entre os neurónios sensoriais e os neurónios do tronco cerebral.
Para investigar ainda mais, os cientistas compararam as conexões entre os neurônios sensoriais e os neurônios do tronco cerebral para diferentes tipos de pele das patas. Eles descobriram que essas conexões entre os neurônios eram mais fortes e numerosas na pele sensível e sem pelos do que na pele menos sensível e peluda. Assim, concluiu a equipe, a força e o número de conexões entre os neurônios desempenham um papel fundamental na super-representação da pele sensível no cérebro. Finalmente, mesmo quando os neurónios sensoriais da pele sensível não foram estimulados, os ratos ainda desenvolveram uma representação expandida no cérebro – sugerindo que o tipo de pele, em vez da estimulação pelo toque ao longo do tempo, causa estas alterações cerebrais.
“Achamos que descobrimos um componente desta ampliação que explica a representação central desproporcional do espaço sensorial”, disse Ginty. “Esta é uma nova maneira de pensar sobre como essa ampliação ocorre.”
Em seguida, os pesquisadores querem investigar como diferentes regiões da pele dizem aos neurônios que as inervam para assumirem propriedades diferentes, como formar conexões mais fortes e mais fortes quando inervam a pele sensível. “Quais são os sinais?” Ginty perguntou. “Essa é uma grande questão mecanicista.”
E embora Lehnert descreva o estudo como puramente motivado pela curiosidade, ele observou que existe uma classe prevalente de distúrbios do neurodesenvolvimento em humanos, chamados distúrbios de coordenação do desenvolvimento, que afetam a conexão entre os receptores de toque e o cérebro – e, portanto, podem se beneficiar ao elucidar ainda mais a interação entre os dois.
“Este é um dos muitos estudos que espero que explorem em um nível mecanicista as mudanças na forma como o corpo é representado ao longo do desenvolvimento”, diz Lehnert. “Celine e eu achamos que isso pode levar, em algum momento no futuro, a uma melhor compreensão de certos distúrbios do neurodesenvolvimento.”
Referência: “Sinapses mecanorreceptoras no tronco cerebral moldam a representação central do toque” por Brendan P. Lehnert, Celine Santiago, Erica L. Huey, Alan J. Emanuel, Sophia Renauld, Nusrat Africawala, Ilayda Alkislar, Yang Zheng, Ling Bai, Charalampia Koutsioumpa, Jennifer T. Hong, Alexandra R. Magee, Christopher D. Harvey e David D. Ginty, 11 de outubro de 2021, Célula.
DOI: 10.1016/j.cell.2021.09.023
Os co-investigadores incluíram Erica L. Huey, Alan J. Emanuel, Sophia Renauld, Nusrat Africawala, Ilayda Alkislar, Yang Zheng, Ling Bai, Charalampia Koutsioumpa, Jennifer T. Hong, Alexandra R. Magee, Christopher D. Harvey da Harvard Medical School .
A pesquisa foi apoiada pelo Instituto Nacional de Saúde (F32 NS095631-01, F32-NS106807, K99 NS119739, DP1 MH125776, R01 NS089521 e R01 NS97344), uma bolsa William Randolph Hearst, uma bolsa Goldenson, uma bolsa de inovação do reitor da Harvard Medical School em ciências básicas e sociais e o Centro Edward R. e Anne G. Lefler para o Estudo de Doenças Neurodegenerativas.