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Atividade Financiada

Aprendizagem compartimentalizada com adaptação electroquímica acoplada

Compartmentalized learning with coupled electrochemical adaptation

Referência
2023.13758.PEX
Data de Início do Projeto
2025-02-20
Data de Fim do Projeto
2026-10-19
Investigador Principal
Área Científica
Ciências médicas e da saúde
Programa de Financiamento
Concurso de Projetos Exploratórios em Todos os Domínios Científicos 2023

Resumo

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 mecanísticapara 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: 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). 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. 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. O IR, Renato Duarte, possui vasta experiência em neurociência computacional, com particular ênfase e interesse na modelagem de plasticidade sináptica e circuitos neurais funcionais. Pretende estabelecer um grupo de Neurociências Computacionais no CNC-UC e está a reunir os apoios necessários para isso. A equipa proposta para este projeto oferece uma ampla gama de conhecimentos. Da computação de alto desempenho e modelagem teórica à biologia molecular sináptica, a equipa principal e os consultores garantirão a conclusão bem-sucedida do projeto. Combinando evidências bioquímicas com modelagem biofísica e fenomenológica, forneceremos um conjunto de novos modelos empiricamente validados de plasticidade sináptica, aprendizagem e adaptação, bem como uma avaliação sistemática de seus resultados funcionais ao nível de circuito/população. O CNC-UC proporcionará um ambiente intelectual adequado para fomentar o desenvolvimento do projecto e da equipa e as colaborações internacionais envolvidas beneficiarão a instituição e o crescimento de novos bolseiros contratados, que se desenvolverão num ambiente de investigação multidisciplinar e estimulante e serão expostos a abordagens e infra-estruturas de investigação de ponta num domínio científico cuja expressão nas infra-estruturas de investigação portuguesas é escassa. Os resultados desta pesquisa serão publicados em revistas internacionais com revisão por pares em Formato Aberto de acesso. Este projeto inovador está em conformidade com a Agenda 2030 da ONU, objetivos 3: Garantir vidas saudáveis e promover o bem-estar; 4: Garantir inclusão e educação equitativa de qualidade e 9: Promover a inovação no setor industrial.

Instituições

Instituições Principais

  • Universidade de Coimbra (UC)

Outras Instituições

  • Institute for Advanced Simulation, Forschungszentrum Jülich (IAS-6)
  • Institut Pasteur, Centre National de la Recherche Scientifique, Unité de Recherche Associée, Paris, France (Institut Pasteur)

Financiamento 49.626,96 €

Fundação para a Ciência e a Tecnologia (FCT) - Portugal

49.626,96 €