Atraso na transmissão de sinais entre neurônios pode gerar crises epilépticas

Pesquisadores do Instituto de Física da USP usam modelo matemático e simulação computacional para investigar a sincronização das redes neuronais

Rede neuronal: excesso de sincronia todo o tempo pode estar associado a crises epilépticas. Crédito: Gerd Altmann/Pixabay

A atividade cerebral depende do balanço entre sinais excitatórios e sinais inibitórios trocados pelos neurônios. Se as contribuições excitatórias e inibitórias forem transmitidas com um mesmo atraso no tempo, a rede neuronal é capaz de apresentar uma atividade dessincronizada. Contudo, se a inibição atrasar além de certo limite, isso poderá levar a rede a um estado altamente sincronizado, característico das crises epilépticas.

Esta é a conclusão do artigo “Influence of Delayed Conductance on Neuronal Synchronization”, publicado por Paulo Ricardo Protachevicz, Kelly Cristiane Iarosz e colaboradores no periódico “Frontiers in Physiology”.

Protachevicz e Iarosz são pós-doutorandos no Instituto de Física da Universidade de São Paulo (USP), sob a supervisão de Iberê Luiz Caldas, que também assina o artigo.

“Descobrimos que a transmissão inibitória precisa ser rápida o suficiente para evitar que estados altamente sincronizados ocorram na rede. O ideal é que a rede neuronal seja capaz de sincronizar, mas que não fique demasiadamente sincronizada durante todo o tempo”, diz Protachevicz à Agência Fapesp.

Simulação por computador

“Além disso, observamos que a sincronização encontrada está associada a mudanças (aumento ou redução) da frequência média de disparos na rede neuronal. Também a intensidade da corrente média assume valores mais altos ou mais baixos nas regiões de sincronização”, acrescenta.

O estudo foi apoiado pela Fapesp no âmbito do Projeto Temático “Dinâmica não linear”, coordenado por Caldas, e de duas bolsas de pós-doutorado, uma conferida a Protachevicz e outra a Iarosz.

Os resultados foram obtidos por meio de modelo teórico e simulação computacional. “Consideramos um modelo matemático que descreve a evolução do potencial elétrico de cada neurônio. Estes são conectados por meio de sinapses químicas excitatórias ou inibitórias”, informa Iarosz. “As correntes excitatórias geram despolarização dos neurônios receptores, enquanto as inibitórias evitam que a despolarização aconteça.”

“Diferentemente das sinapses elétricas, que são quase instantâneas, as sinapses químicas possuem um tempo de atraso intrínseco. Esse tempo de atraso pode também ser associado à propagação do sinal pelo dendrito e axônio”, explica Protachevicz.

“Apesar de sua formação ter se dado na área de física, durante a realização desta pesquisa Iarosz e Protachevicz levaram em conta elementos de biologia e fisiologia para que os modelos tivessem interpretações realistas”, salienta Iberê Caldas, supervisor do pós-doutorado de ambos.

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