How can cognitive enrichment revert the effects of stress

Tese de mestrado. Biologia (Biologia Humana e Ambiente). Universidade de Lisboa, Faculdade de Ciências, 2011O sistema nervoso é responsável pelos processos que tornam a vida humana possível. Permite-nos pensar, sonhar e criar memórias. Controla as nossas acções mais básicas e involuntárias como piscar os olhos, respirar e manter os nossos corações a bater. Os neurónios são as unidades básicas do sistema nervoso, são células notáveis pela especialização para comunicação intercelular que apresentam. Normalmente os neurónios apresentam quatro regiões distintas: o corpo celular, dendrites, axónio e terminais pré-sinápticos. Entre a ponta de cada terminal sináptico e o ponto de contacto no neurónio seguinte há um pequeno espaço chamado sinapse. Cada neurónio pode ligar-se a cerca de 1000 a 10000 outros neurónios. Apesar de muitas destas conexões serem especializadas, todos os neurónios utilizam uma de duas possíveis formas de transmissão sináptica: eléctrica ou química. A força de ambas as formas de transmissão sináptica pode ser aumentada ou diminuída através da actividade celular. Esta plasticidade sináptica é vital para a formação de memórias e para os processos de aprendizagem. Long term potentiation de sinapses químicas é um dos modelos mais estudados para a formação de memórias no cérebro de mamíferos. O sistema nervoso pode ser dividido em duas partes principais: o sistema nervoso central (SNC), que é constituído pelo cérebro e espinal medula, e o sistema nervoso periférico (SNP), que consiste nos nervos craniais e espinais e gânglios associados. O sistema nervoso central pode ser dividido em sete partes: espinal medula, medula, ponte, cerebelo, mesencéfalo, diencéfalo e os hemisférios cerebrais. O córtex prefrontal poderá estar relacionado com a organização da informação interna e externa que é necessária para produzir comportamentos complexos. É a área cerebral que mais espaço ocupa no cérebro humano, e é maior na nossa espécie do que em outros primatas. Este facto poderá ser mais um indício de que o córtex prefrontal está envolvido em algumas capacidades consideradas inteligentes. Está também envolvido no processamento de informação cognitiva e emocional e nos processos de memória de trabalho ou working memory (WM). A working memory é uma memória temporária que é bastante útil no cumprimento de tarefas. O hipocampo é outra zona do cérebro, também muito importante na formação de memória (em especial, memória espacial) e na aprendizagem. As funções do hipocampo podem varar entre espécies, mas a maior parte dos estudos são convergentes, no que respeita a caracterização da anatomia e fisiologia desta área. O hipocampo está ligado ao córtex prefrontal, sendo que esta conexão é feia por axónios que têm origem no subículo e terminam nos neurónios piramidais do PFC. O stress é um aspecto comum nas nossas vidas diárias, mas ainda assim há alguma ambiguidade no que toca à sua definição. É um desafio real ou percepcionado, quer endógeno quer exógeno, que perturba o equilíbrio natural do organismo – homeostase. Os humanos e outros animais respondem a estes desafios desencadeando uma série de mecanismos neuronais, endócrinos, neuro-endócrinos e metabólicos. O impacto do stress no cérebro tem recebida imensa atenção nos últimos anos, tanto da parte de neurologistas como de leigos. De facto, o cérebro é o principal órgão por detrás da resposta ao stress: determina o que é ou não uma ameaça, coordena as reacções que cada um tem, e altera-se, estrutural e funcionalmente como resultado de experiências stressantes. Uma das principais respostas ao stress é a activação do eixo HPA (hipotálamo-pituitária-adrenal). Os danos no córtex prefrontal e no hipocampo em consequência de episódios de stress ou de stress crónico estão bem descritos. Em 2007, Cerqueira demonstrou que a plasticidade sináptica entre o hipocampo e o córtex prefrontal diminui depois de um período de stress crónico e que os efeitos do stress neste circuito são devidos a atrofia neuronal, e não a perda de neurónios. Assim, este trabalho propôs-se a tentar compreender como é que estes efeitos do stress poderão ser revertidos. Para isso, utilizámos ratos Wistar Han como modelo animal, e criámos quatro grupos distintos: animais stressados, animais stressados que foram sujeitos a uma tarefa cognitiva, animais controlo e animais controlo que foram submetidos à mesma tarefa. Posteriormente, avaliámos dois parâmetros em cada grupo: plasticidade sináptica e análise morfológica. Para esse efeito utilizámos um protocolo de electrofisiologia. Um estímulo eléctrico no hipocampo gera uma resposta no córtex prefrontal, e essa resposta pode ser aumentada se for induzido LTP. No entanto esse aumento (ou potenciação do sinal) não é tão elevado em animais stressados, sendo por isso uma boa medida para avaliar se o hole board consegue ou não reverter a perda de plasticidade sináptica neste circuito. A análise morfológica consistiu em reconstruir neurónios em três dimensões, utilizando o software Neurolucida e assim conseguir avaliar a quantidade de dendrites, o seu comprimento, e a densidade de espinhas de cada neurónio estudado. Os nossos resultados demonstram que o treino no hole board foi bem sucedido, já que todos os animais aprenderam a tarefa. No entanto, os animais stressados têm mais dificuldade em aprender a tarefa. No protocolo de electrofisiologia, os resultados foram os esperados, os animais stressados demonstraram menor plasticidade sináptica, enquanto que os animais que fizeram a tarefa cognitiva demonstraram maior plasticidade sináptica, embora o aumento da resposta do prefrontal córtex não fosse tão elevado como nos controlos. Em relação à análise morfológica, os resultados também corresponderam ao esperado. Em praticamente todos os parâmetros foi visível a recuperação dos animais que treinaram no hole board, como por exemplo no número de ramos dendríticos, no seu comprimento ou ate na densidade dendrítica de espinhas. Em conclusão, este estudo demonstrou que uma tarefa cognitiva, neste caso o hole board, pode reverter alguns efeitos do stress, incluindo a perda de plasticidade sináptica e a atrofia neuronal na conexão entre i hipocampo e o córtex prefrontal.It is known that stress has negative effects on our health. It is important to understand how stress affects us and how we can revert those effects. We proposed the hypothesis that some consequences of stress might be reverted through cognitive enrichment. So, using Wistar Han rats as an animal model, we formed four groups of animals: control animals, control animals that performed a cognitive enrichment task (hole-board), stressed animals, and stressed animals that performed the same task. We then evaluated two parameters on every animal: synaptic plasticity between the prefrontal cortex (PFC) and the hippocampus and morphological correlate. After analyzing the results, we could conclude that the cognitive enrichment task can, indeed, revert some effects of stress, including the loss of synaptic plasticity and neuronal atrophy