Aprendizagem compartimentalizada com adaptação electroquímica acoplada

Visão Geral

Resumo do Projecto

As sinapses químicas são a junção intercelular mais complexa do corpo dos mamíferos. Envolvendo mais de 2.000 proteínas diferentes, interagindo em múltiplos domínios espaciais e temporais, alterações na dinâmica molecular dependentes da atividade fundamentam o fenómeno da plasticidade sináptica que, por sua vez, fornece a base fisiológica e mecanística para a aquisição de informações e armazenamento de longo prazo (aprendizagem e memória). Embora os tipos e a natureza desses processos tenham sido sistematicamente desvendados nas últimas décadas, essa informação não foi capaz de permear para a modelagem teórica e o desenvolvimento de algoritmos de aprendizagem funcionais. Atribuir um papel mecanístico aos diversos intervenientes moleculares e vias envolvidas e compreender a sua interação de um ponto de vista funcional é um passo necessário para interpretar as vastas quantidades de dados empíricos e obter conhecimentos mais profundos sobre as bases neurobiológicas da aprendizagem e da memória.
Neste projeto exploratório, damos os primeiros passos para uma reconceptualização de como modelamos a aprendizagem através da plasticidade sináptica e como pensamos sobre a adaptação em circuitos corticais. Ao enfatizar a dinâmica molecular intracelular, propomos que:

1. a plasticidade é compartimentada e heterossináptica, isto é, a indução de mecanismos de plasticidade dentro de uma sinapse está acoplada à expressão da mudança sináptica em sinapses vizinhas dentro de domínios espaciais restritos (ramos dendríticos).

2. interações heterossinápticas intracelulares conectam a plasticidade em diferentes tipos de sinapses, ou seja, a indução de plasticidade numa sinapse glutamatérgica produzirá a expressão de plasticidade em sinapses GABAérgicas vizinhas, resultando em um equilíbrio localizado e detalhado entre excitação e inibição.

3. a compartimentalização eletroquímica produz formas distintas, mas acopladas, de plasticidade competitiva distribuída, ou seja, os mecanismos de escala sináptica homeostática, plasticidade intrínseca em todo o neurónio e remodelação estrutural, entre outros, estão todos acoplados e compartilham os mesmos efetores.

O estabelecimento de descrições matemáticas adequadas destes processos, a validação da sua compatibilidade biofísica e a investigação das suas consequências funcionais produzirão novas ferramentas teóricas e computacionais para consolidar o conhecimento existente sobre a interação entre os processos adaptativos e homeostáticos sinápticos, dendríticos e neuronais, bem como uma compreensão mais profunda da biofísica de aprendizagem e memória.

Detalhes de Projeto