Striatal plasticity upon learning of a lateralized motor task - Pinto, Ana Margarida Marques (2021)
RESUMO: Os circuitos dos núcleos da base estão crucialmente envolvidos na aquisição, aprendizagem e consolidação de habilidades motoras. O corpo estriado é a principal região de input dos núcleos da base e é composto principalmente por neurónios médios do estriado (medium spiny neurons, MSNs). As espículas dendríticas dos MSNs representam um importante local de plasticidade sináptica nos núcleos da base. Embora tenha sido demonstrado que a plasticidade sináptica funcional do MSN ocorre num contexto de aprendizagem motora, não se sabe se esta é acompanhada por plasticidade estrutural, ou seja, por mudanças no número, tamanho e/ou padrão espacial das espículas dendríticas. Neste estudo, o nosso objetivo consistiu em caracterizar o desempenho motor e a atividade do corpo estriado na aprendizagem de habilidades motoras, com o objetivo final de estudar a plasticidade estrutural na aprendizagem motora. Treinamos ratinhos numa tarefa operante individualizada, em que uma recompensa é obtida após pressionar uma alavanca quatro vezes. À medida que o treino avança, a posição e retração da alavanca impõem lateralidade, permitindo o estudo das sequências de movimento realizadas por um único membro anterior. Durante o treino, os ratinhos melhoraram o seu desempenho e aprenderam a realizar a tarefa com apenas uma das patas dianteiras, aumentando o número total de movimentos de pressão sobre a alavanca por minuto e organizando o comportamento em sequências de movimentos. Através da deteção da trajetória da pata baseada em vídeo, examinamos ainda mais a cinemática do movimento durante a aprendizagem da tarefa e descobrimos que a variabilidade da trajetória da pata durante a pressão sobre a alavanca não diminuiu significativamente durante o treino. Para identificar as células que estiveram ativas na última sessão da tarefa motora e, portanto, com maior probabilidade de terem sofrido plasticidade sináptica, realizamos uma imunohistoquímica contra c-Fos, um gene de expressão rápida frequentemente usado como marcador de plasticidade neuronal. Usando um pipeline de deteção de células no cérebro inteiro, conseguimos detetar células que expressam c-Fos e mapeá-las no atlas de uma maneira imparcial, usando fatias de cérebro fixadas de ratinhos sacrificados 1h após a última sessão de treino. Os nossos resultados preliminares sugerem que animais treinados na tarefa apresentam mudanças ligeiras na expressão de c-Fos no hemisfério contralateral à pata treinada. Estas mudanças parecem ser consistentes em regiões envolvidas na aprendizagem e desempenho motor nos animais treinados, e incluem o corpo estriado, a camada 5 do córtex motor primário e a região do membro superior do córtex somatossensorial primário. Finalmente, procuramos estabelecer as ferramentas e técnicas necessárias para estudar a plasticidade estrutural em fatias fixadas do cérebro. Otimizamos uma nova abordagem viral para obter uma marcação pouco densa de MSNs, permitindo a visualização e reconstrução de toda a árvore dendrítica de MSNs individuais, incluindo espículas dendríticas. Usando microscopia confocal de alta resolução, em conjunto com softwares de deconvolução e análise de espículas dendríticas, adquirirmos imagens e reconstruimos as espículas dendríticas do MSN e caracterizamos a morfologia das mesmas. Descobrimos que os D1-MSNs têm uma preponderância de espículas do tipo mushroom, seguidas por espículas do tipo thin e stubby, com os filopodia constituindo apenas uma pequena fração do número total das protuberâncias dendríticas. O nosso trabalho estabeleceu as técnicas e metodologias básicas que permitirão estudos futuros sobre a densidade, volume e distribuição das espículas dendríticas em neurónios que recentemente sofreram plasticidade após aprendizagem motora. Essas experiências, por sua vez, irão avançar a nossa compreensão de como a computação de inputs pelos MSNs muda durante a aprendizagem motora, com implicações importantes para o estudo e tratamento de doenças motoras.