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Por: Dr. Fabiano de Abreu Agrela Rodrigues – pós-PhD em Neurociências, Mestre em Psicologia, Licenciado em Biologia

No cérebro, a memória visual do vestido de noiva (exemplo hipotético do que será lembrado) de uma festa de casamento é codificada como um engrama, um padrão esparso de sinapses fortalecidas nas espinhas dendríticas de neurônios, distribuído por redes no córtex occipital (áreas V1, V2, V4), córtex temporal inferior (área TE), hipocampo (giro dentado, CA3, CA1) e córtex pré-frontal (DLPFC, VMPFC, OFC). Análogas aos pixels de uma imagem digital, definidos por bits (0s e 1s, e.g., 11111111 11111111 11111111 para branco em RGB), as sinapses são “pontos” neurais com estados de força (forte = “1”, fraca = “0”), codificados por alterações moleculares e reativados por sinais elétricos e químicos. Sem um equivalente físico ao “grafite” de um lápis, o engrama “desenha” a imagem mental por conectividade funcional, onde sinapses fortes amplificam sinais em circuitos sincronizados, recriando a percepção visual.

Regiões e Neurônios Envolvidos

A formação do engrama depende de redes neurais específicas, com papéis distintos:

1. Córtex Occipital

   • Subregiões:
   • V1 (área 17, BA17): Processa contornos, bordas e formas elementares, com colunas corticais (~100–200 µm) seletivas para orientação (e.g., bordas curvas do vestido).
   • V2 (área 18, BA18): Integra formas complexas e texturas, como o brilho acetinado do tecido.
   • V4 (córtex ventral): Especializada em cores, com neurônios seletivos para luminância e matizes (e.g., branco brilhante).
   • Neurônios:
   • Neurônios piramidais (camadas II/III, IV, V): ~10⁴–10⁵ por mm³, codificam detalhes visuais via disparos seletivos (~50–100 Hz durante a visualização).
   • Interneurônios inibitórios (parvalbumina-positivos, PV+; ~10–15% dos neurônios): Modulam via inibição lateral, aumentando a especificidade.
   • Interneurônios VIP+ (vasoativo intestinal peptídeo): Modulam PV+, ajustando o contraste.
   • Função: Codifica elementos visuais primários (contornos em V1, texturas em V2, cor em V4), com ~10³–10⁴ sinapses fortalecidas por região.

2. Córtex Temporal Inferior

   • Subregião: Área TE (BA20/21).
   • Neurônios: Neurônios piramidais (~5–10% seletivos para objetos complexos, e.g., “vestido”), conhecidos como “células de conceito” (Quiroga et al., 2005).
   • Função: Codifica o reconhecimento semântico do vestido como “de noiva”, integrando formas, texturas e contexto.

3. Hipocampo

   • Subregiões:
   • Giro dentado (DG): Filtra informações via codificação esparsa (~1–2% de células granulares ativas).
   • CA3: Forma associações episódicas via autoassociação (~10⁴ sinapses por neurônio).
   • CA1: Consolida memórias espaciais e episódicas.
   • Neurônios:
   • Células granulares (DG, ~10⁶ no humano): Codificam contexto com alta especificidade.
   • Neurônios piramidais (CA3/CA1, ~10⁵ por região): Integram associações.
   • Células de lugar (~20–30% em CA1): Codificam a localização do vestido no salão.
   • Função: Integra contexto espacial (layout do salão) e temporal (sequência da festa).

4. Córtex Pré-Frontal

   • Subregiões:
   • DLPFC (BA9, BA46): Coordena memória de trabalho e evocação intencional.
   • VMPFC (BA11, BA14): Integra emoções e memórias autobiográficas.
   • OFC (BA13): Codifica valência emocional (e.g., alegria).
   • Neurônios:
   • Neurônios piramidais (camadas II/III, V): Projetam para hipocampo, córtex occipital e temporal (~10⁴ sinapses por neurônio).
   • Interneurônios (PV+, somatostatina-positivos, SST+): Modulam seletividade via inibição.
   • Função: Integra elementos visuais, espaciais e emocionais, desencadeando evocação consciente.

Formação do Engrama: Mecanismos Moleculares

A codificação ocorre durante a visualização do vestido, consolidada por potenciação de longa duração (LTP) em cinco etapas:

1. Ativação Sináptica

   O vestido ativa neurônios piramidais em V1 (contornos), V2 (texturas), V4 (cor branca), TE (objeto) e hipocampo (contexto). Glutamato (C5H9NO4) liberado por axônios pré-sinápticos liga-se a receptores AMPA (GluA1/GluA2, ~50–200 por espinha) e NMDA (NR1/NR2A-B, ~10–50 por espinha).

   Mecanismo: AMPA despolariza a membrana (~10–20 mV, correntes de ~20–50 pA), aliviando parcialmente o bloqueio de Mg²⁺ nos NMDA. Estimulação repetida (e.g., 1–10 s) remove o bloqueio, permitindo influxo de Ca²⁺ (~10–100 µM).

   Literal: Átomos de C (5), H (9), O (4), N (1) do glutamato interagem com cadeias proteicas (C, H, O, N, S) dos receptores, abrindo canais iônicos (Na⁺, Ca²⁺).

2. Indução da LTP

   O influxo de Ca²⁺ ativa CaMKII (α-isoforma, ~10³ moléculas por espinha), que fosforila GluA1 no resíduo Ser831, adicionando átomos de fósforo (P) e aumentando a condutância de AMPA (~100–200 pS). PKA fosforila GluA1 (Ser845), promovendo inserção de ~50–100 novos receptores AMPA.

   Mecanismo: A fosforilação amplia a abertura dos canais AMPA, fortalecendo a sinapse (~2–3 vezes mais responsiva).

   Literal: Átomos de Ca²⁺ (cátions) desencadeiam cascatas químicas, reorganizando átomos de C, H, O, N, P, S em cadeias proteicas.

3. Remodelação Estrutural

   Ca²⁺ ativa Cofilina (despolimerização inicial) e Profilina (polimerização), reorganizando actina (G-actina → F-actina, ~10⁴ monômeros por espinha, C, H, O, N), aumentando o volume da espinha (~0.3–0.5 µm³ em 5–10 min).

   Receptores AMPA (~100–200 por espinha) são traficados via complexos SNARE (e.g., SNAP-25, VAMP2, ~10² moléculas por evento de exocitose).

   Mecanismo: A expansão da espinha e o aumento de AMPA reforçam a conectividade sináptica.

   Literal: Átomos de C, H, O, N formam filamentos de F-actina; mais C, H, O, N, S (AMPA) amplificam a sinapse.

4. Expressão Gênica

   Ca²⁺ ativa a via MAPK/ERK (~10² moléculas de ERK por célula), fosforilando CREB (Ser133), que induz transcrição de Arc, c-Fos, Zif268 (~10–30 min, ~10³ cópias de mRNA por núcleo).

   Arc (~10³ moléculas por espinha) regula tráfego de AMPA, estabiliza actina e promove especificidade sináptica. BDNF (~10² moléculas, via receptor TrkB) estimula formação de novas espinhas (~0.1–1 µm³).

   Mecanismo: Genes imediatos suportam consolidação a longo prazo.

   Literal: Átomos de DNA (C, H, O, N, P) são transcritos em RNA, traduzido em proteínas (C, H, O, N, S).

5. Estabilização do Engrama

   PKMζ (~10² moléculas por espinha) fosforila GluA2 (Ser880), prevenindo endocitose e mantendo ~100–200 AMPA por espinha por meses/anos.

   Matriz extracelular (proteoglicanos de sulfato de condroitina, ~10⁴–10⁵ moléculas por sinapse, C, H, O, S) forma uma rede perissináptica (~50–100 nm de espessura).

   Mecanismo: PKMζ e matriz garantem persistência do padrão sináptico.

   Literal: Átomos de P (PKMζ) e S (matriz) fixam o estado sináptico.

Armazenamento: Onde Fica a Imagem?

• Onde: O engrama é um padrão esparso de ~10³–10⁴ sinapses fortes por região (~10–20% do total, Tonegawa et al., 2015), distribuído em:
  • V1/V2/V4: Contornos, texturas, cor (e.g., branco com ~150 AMPA por sinapse forte em V4).
  • TE: Reconhecimento semântico (“vestido de noiva”, ~5–10% de neurônios ativos).
  • Hipocampo (DG/CA3/CA1): Contexto espacial/temporal (~10²–10³ células de lugar).
  • DLPFC/VMPFC/OFC: Integração e emoção (~10³ sinapses por neurônio piramidal).
• Como: O armazenamento é funcional, não físico como grafite:
  • Sinapses fortes (“1s”) têm alta densidade de AMPA (~150–200 por espinha), actina polimerizada (~10⁴ monômeros), CaMKII, Arc e PKMζ ativos.
  • Sinapses fracas (“0s”) têm ~50 AMPA, actina não remodelada.

  O padrão é mantido por moléculas (C, H, O, N, P, S, Ca) em AMPA, actina, PKMζ e matriz extracelular, persistindo por alterações bioquímicas estáveis.

Codificação: Como Sinapses Fortes “Desenham” sem Grafite?

O engrama codifica o vestido como um padrão de sinapses fortes (“1s”) e fracas (“0s”), análogo aos bits que formam pixels em uma imagem digital (e.g., 11111111 11111111 11111111 para branco em RGB). Sem “grafite”, o “desenho” é funcional, baseado em conectividade neural.

1. Sinapse como Ponto

   Cada sinapse é um “ponto” neural:

   • Forte (“1”): ~150–200 receptores AMPA (GluA1/GluA2), actina polimerizada (~10⁴ monômeros), CaMKII (~10³ moléculas), Arc (~10³), PKMζ (~10²), condutância de ~100–200 pS.
   • Fraca (“0”): ~50 AMPA, actina não remodelada, condutância de ~20–50 pS.

   Exemplo real: Em V4, uma sinapse forte codificando o branco do vestido gera correntes pós-sinápticas de ~150 pA quando ativada, contribuindo para disparos de ~40–80 Hz.

   Mecanismo: Sinapses fortes amplificam sinais, representando “pixels” neurais (e.g., um segmento da borda ou cor).

   Literal: Átomos de C, H, O, N, P, S, Ca formam o “ponto” funcional, sem traço físico.

2. Padrão do Engrama

   O vestido é codificado por ~10⁴–10⁵ sinapses fortes em redes neurais:

   • V1: ~10³ sinapses fortes por neurônio piramidal (camada IV) codificam bordas curvas (disparos de 50–100 Hz, ~20% de sinapses fortalecidas).
   • V2: Sinapses fortes codificam texturas acetinadas (~30–80 Hz).
   • V4: Sinapses fortes em ~10³ neurônios seletivos para cor codificam branco (~150 AMPA por espinha, luminância alta).
   • TE: ~5–10% de neurônios piramidais codificam “vestido de noiva” (disparos seletivos).
   • Hipocampo: ~10²–10³ células de lugar codificam a posição do vestido no salão.
   • DLPFC (BA9/46): ~10³ sinapses por neurônio integram contexto visual.
   • VMPFC (BA11/14): Sinapses codificam alegria (modulação dopaminérgica, ~10² neurônios).
   • OFC (BA13): Sinapses codificam valência positiva.

   Exemplo real: Estudos de optogenética (Liu et al., 2012) mostram que engramas visuais envolvem ~10⁴ neurônios por região, com ~10–20% de sinapses fortalecidas, formando um padrão esparso.

   Mecanismo: O padrão de sinapses fortes é uma “matriz” neural, como pixels em uma grade 2D.

   Literal: Cada subpadrão (e.g., borda em V1) é um conjunto de “1s” moleculares.

3. Como “Desenhar” sem Grafite?

   No computador, pixels emitem luz controlada por bits, “desenhando” a imagem. No cérebro, sinapses fortes amplificam sinais elétricos em circuitos sincronizados, “desenhando” a imagem mental.

   Mecanismo: Sinapses fortes (~150 AMPA) geram correntes pós-sinápticas (~150 pA) quando ativadas por glutamato, desencadeando disparos sincronizados (~40–80 Hz, bandas gama) em redes neurais. Esse padrão recria a percepção visual original.

   Exemplo real: Em V4, ~10³ neurônios codificando branco disparam sincronizadamente (~40 Hz), com sinapses fortes amplificando sinais para representar luminância. Em V1, ~10³ sinapses fortes codificam bordas curvas, com disparos orientados (~50 Hz).

   Literal: O “grafite” é a atividade neural sincronizada, codificada por átomos de C, H, O, N, P, S, Ca em AMPA, actina, CaMKII, Arc e PKMζ, sem traços físicos.

4. Composição Física

   • Receptores AMPA/NMDA: Proteínas (C, H, O, N, S), ~150–200 AMPA, ~10–50 NMDA por sinapse forte.
   • Citoesqueleto: F-actina (C, H, O, N, ~10⁴ monômeros por espinha, ~0.5 µm³).
   • Proteínas: CaMKII (~10³ moléculas, P em Ser831), Arc (~10³), PKMζ (~10²).
   • Matriz extracelular: Sulfato de condroitina (C, H, O, S, ~10⁴–10⁵ moléculas).

   Literal: Átomos de C (~60%), H (~10%), O (~20%), N (~7%), P (~2%), S (~1%), Ca (<1%) formam o “ponto” sináptico funcional.

Evocação: “Desenhando” a Imagem Mental

A evocação reativa o engrama, recriando a imagem mental como pixels renderizam uma imagem digital:

1. Gatilho

   Um estímulo (e.g., palavra “noiva”) ativa neurônios piramidais no DLPFC (BA9/46, ~10³ neurônios) ou VMPFC (BA11/14), projetando para hipocampo (CA1) e córtex occipital (V1/V4).

   Mecanismo: Projeções glutamatérgicas desencadeiam sinais elétricos (~10–20 mV).

   Literal: Íons Na⁺, K⁺ fluem, iniciando a “leitura” do engrama.

2. Reativação do Padrão

   Glutamato (C5H9NO4, ~10³ moléculas por vesícula sináptica) ativa sinapses fortes (~150 AMPA) em:

   • V1: Contornos (~10³ sinapses, correntes de ~150 pA).
   • V4: Cor branca (~150 AMPA, disparos de ~40 Hz).
   • TE: Reconhecimento do vestido (~5–10% de neurônios).
   • Hipocampo: Contexto (~10² células de lugar).

   Neurônios piramidais e interneurônios (PV+, ~10–15% da rede) sincronizam-se em bandas gama (~40–80 Hz).

   Mecanismo: Sinapses fortes amplificam sinais, recriando o padrão original.

   Literal: Átomos de C, H, O, N do glutamato ligam-se a receptores, gerando correntes.

3. Integração

   DLPFC coordena a ativação, com ~10³ neurônios piramidais integrando sinais de V1/V4/TE/hipocampo.

   VMPFC/OFC adicionam emoção (dopamina, ~10²–10³ receptores D1/D2 por neurônio).

   Mecanismo: O padrão sincronizado “desenha” a imagem mental, como pixels formam uma figura.

   Literal: Cada sinapse forte (“1”) contribui com um “pixel” neural (e.g., borda, cor).

4. Percepção Consciente

   O córtex pré-frontal integra sinais, produzindo a sensação de “ver” o vestido.

   Mecanismo: Ativação sincronizada (~40–80 Hz) em redes distribuídas cria a percepção.

   Literal: O engrama é “renderizado” por correntes elétricas (Na⁺, K⁺, Ca²⁺).

Analogia com Pixels Binários

• Semelhança:
  • No computador, pixels são “pontos” definidos por bits RGB (e.g., 11111111 11111111 11111111 para branco), organizados em uma grade 2D, emitindo luz para “desenhar” a imagem.
  • No cérebro, sinapses são “pontos” definidos por força (~150 AMPA para “1”, ~50 para “0”), organizados em redes 3D, amplificando sinais para “desenhar” a memória.
• Diferença:
  • Pixels usam luz física; sinapses usam atividade neural sincronizada.
  • Bits são digitais (0/1); sinapses são analógicas (forças graduais).
  • O engrama é codificado em átomos (C ~60%, H ~10%, O ~20%, N ~7%, P ~2%, S ~1%, Ca <1%) em moléculas (AMPA, actina, CaMKII, Arc, PKMζ), não em cargas elétricas fixas.

Exemplo Real: Codificando o Vestido

• Codificação:
  • V1: ~10³ sinapses fortes (~150 AMPA, ~0.5 µm³) em neurônios piramidais codificam a borda curva do vestido (disparos de 50–100 Hz).
  • V4: ~10³ sinapses fortes em neurônios seletivos para cor codificam branco (~150 AMPA, ~40 Hz).
  • TE: ~5–10% de neurônios piramidais codificam “vestido de noiva”.
  • Hipocampo: ~10² células de lugar codificam o salão.
• Armazenamento: ~10⁴–10⁵ sinapses fortes (~10–20% por região), mantidas por PKMζ e matriz extracelular.
• Evocação: Gatilho (e.g., “noiva”) reativa ~10⁴ neurônios (~40–80 Hz), recriando a imagem mental.

Conclusão

A memória do vestido de noiva é codificada como um engrama, um padrão esparso de ~10⁴–10⁵ sinapses fortes (“1s”) em neurônios piramidais e interneurônios em V1, V2, V4, TE, DG/CA3/CA1, DLPFC, VMPFC, OFC. Formada por LTP, com átomos (C, H, O, N, P, S, Ca) em AMPA (~150–200 por espinha), actina (~10⁴ monômeros), CaMKII, Arc e PKMζ, o engrama é armazenado como conectividade funcional, não como traço físico. Reativado por glutamato, o padrão sincronizado (~40–80 Hz) “desenha” a imagem mental, análoga aos pixels binários renderizando uma imagem digital.

Referências

1. Josselyn & Tonegawa (2020): Revisão abrangente sobre engramas, cobrindo formação, armazenamento e evocação, com foco em circuitos neurais e optogenética. Relevante para a codificação distribuída do vestido.
2. Kandel (2001): Artigo seminal sobre LTP, detalhando mecanismos moleculares como CaMKII, AMPA e actina, fundamentais para a formação do engrama.
3. Liu et al. (2012): Estudo de optogenética que demonstra a ativação de engramas no hipocampo, validando a esparsidade (~10–20% de sinapses) e evocação.
4. Quiroga et al. (2005): Evidencia neurônios categoria-específicos no córtex temporal inferior, relevantes para a codificação semântica do “vestido de noiva”.
5. Tonegawa et al. (2015): Revisão sobre células de engrama, com dados sobre escala (~10⁴ neurônios) e papéis de regiões como hipocampo e córtex.