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Estudo: O treinamento adiantado da revelação e da rede da pilha melhora a resposta

Quando se trata de treinar circuitos neurais para a engenharia do tecido ou aplicações biomedicáveis, um estudo novo sugere um parâmetro chave: Treine-os novos.

As técnicas para treinar circuitos neurais projetados envolvem geralmente treiná-los depois que as pilhas se amadureceram inteiramente.

Usando os neurônios sensíveis à luz derivados das células estaminais do rato, os pesquisadores nas Universidades de Illinois, Urbana-Campo encontraram que as treinar durante todo a revelação da pilha e a formação adiantadas da rede conduziu às melhorias duráveis nas conexões, no responsivity e na expressão genética da rede neural resultante. Publicaram seus resultados nos relatórios científicos do jornal.

É como um cão velho que aprende truques novos contra um cachorrinho novo. Quando nós estamos treinando uma rede, se nós a estimulamos quando é ainda como um cachorrinho, nós podemos obter uma resposta melhor ao treinamento do que se era já maduro.”

Gelson Pagão-Díaz, autor do estudo primeiros e aluno diplomado, Universidades de Illinois no Urbana-Campo

O treinamento neural melhorado tem muitas aplicações na tecnologia biológica e na medicina regenerativa. Por exemplo, a equipe de Illinois espera usar circuitos neurais treinados para controlar o movimento e o comportamento de máquinas diminutas do bio-híbrido.

Os tipos de melhorias rendidas pelo treinamento adiantado podiam dar as máquinas e circuitam mais funcionalidade e dão aos pesquisadores um controle mais preciso sobre aquelas funções.

“Porque nós avançamos o campo de máquinas da construção com pilhas vivas, poder estimular e programar pilhas e redes neuronal com luz cedo em sua revelação poderia ser uma ferramenta importante em nosso repositório da engenharia,” disse o líder Rashid Bashir, um professor da tecnologia biológica e decano do estudo da faculdade de Grainger da engenharia em Illinois.

“Além disso, este trabalho podia ter implicações para a biologia desenvolvente, a medicina regenerativa e a pesquisa do cérebro.”

Para treinar os neurônios, os pesquisadores usados cronometraram pulsos de luz para estimular as pilhas. Os pesquisadores começaram o regime do treinamento quando as pilhas estavam cedo em sua revelação - conjuntos de células estaminais, chamados os corpos do embryoid, aprontados para se transformar neurônios de motor. Continuaram o treinamento como as pilhas diferenciadas, se transformando neurônios inteiramente maduros, e continuadas mais lhe após ter transferido as pilhas às placas para conectar e formar circuitos neurais.

Então compararam os circuitos treinados adiantados com os aqueles cultivados primeiramente e treinaram mais tarde - o método usual.

Os pesquisadores viram um número de diferenças entre os grupos, Pagão-Díaz disse. Nos neurônios treinados durante a revelação, viram mais extensões indicar as conexões entre pilhas, um aumento nos pacotes do neurotransmissor enviados entre pilhas, e estruturaram mais o despedimento do nervo, indicando a maior estabilidade de rede. Os efeitos do treinamento adiantado eram duradouros, visto que as pilhas treinadas mais tarde tenderam a ter respostas transientes.

“Você pode pensar dos neurônios que são como atletas no treinamento,” Pagão-Díaz disse. “A estimulação clara era como um exercício regular para os neurônios - eram mais fortes e mais atléticos, e faziam seus trabalhos melhor.”

Para determinar a base subjacente para estes muda, os pesquisadores analisou a actividade genética dos neurônios. Viram um aumento na expressão genética para os genes relativos à maturidade da rede e à função neural, indicando que o treinamento adiantado poderia permanentemente ter alterado caminhos genéticos como as pilhas desenvolvidas, Bashir disse.

Os pesquisadores estão continuando a explorar que tipos das actividades poderiam ser aumentados ou programado pelo treinamento adiantado do neurônio na fase do corpo do embryoid. Os corpos de Embryoid poderiam ser componentes úteis do bloco de apartamentos para máquinas biológicas, Pagão-Díaz disse, e igualmente mantem a promessa para a medicina regenerativa.

“Os estudos precedentes mostraram que os corpos do embryoid com neurônios de motor implantados nos ratos que tinham sido feridos poderiam melhorar a regeneração do tecido,” Pagão-Díaz disseram.

“Se nós podemos melhorar ou para aumentar a funcionalidade destes corpos do embryoid antes dos pôr em um modelo ferido, a seguir teòrica nós poderíamos aumentar a recuperação além do que foi visto com injecção dele e então estimulação dele mais tarde.”

Source:
Journal reference:

Pagan-Diaz, G. J., et al. (2020) Modulating electrophysiology of motor neural networks via optogenetic stimulation during neurogenesis and synaptogenesis. Scientific Reports. doi.org/10.1038/s41598-020-68988-y.