Plasticidade, topografia e alocação de memórias: Uma investigação teórica sobre o código neural no hipocampo

Abstract

A proposta desta tese foi resolver uma série de conflitos que existem na literatura sobre o funcionamento do hipocampo e a forma como ele representa as informações referentes às memórias episódicas. Os conflitos abordados aqui podem ser resumidos em quatro questões: 1) O que define qual conjunto de neurônios irá representar uma determinada memória? 2) Existe uma organização topográfica no hipocampo? Se ela existe, qual a natureza dessa organização? 3) Como a integração de novos neurônios no hipocampo de animais adultos afeta o padrão de conectividade do hipocampo? 4) Como a atividade dos neurônios adicionados ao hipocampo de animais adultos afeta o funcionamento do hipocampo e o comportamento dos animais? Todas as quatro questões acima surgiram a partir de evidências emergentes na literatura e existem duas características que as unem. A primeira é que todas elas têm alguma relação, direta ou indireta, com a forma como o hipocampo representa informação. A segunda é que as interpretações propostas até então para as questões acima expuseram inconsistências dentro do paradigma atual a respeito do funcionamento do hipocampo e da natureza das suas representações. Apesar de novos dados continuarem surgindo, as questões acima continuam carentes de uma interpretação consistente com as informações disponíveis na literatura, coerente não apenas com a dinâmica interna do hipocampo, mas com seu papel dentro do cérebro. Assim, o objetivo desta tese foi encontrar interpretações consistentes que possam guiar os experimentos futuros nessas áreas. Eu proponho aqui uma visão do hipocampo que equilibra a plasticidade e a constância necessárias para que essa região do cérebro desempenhe suas funções, e proponho uma visão das representações no hipocampo que é capaz de acomodar as evidências aparentemente conflitantes na literatura e unir as principais teorias disponíveis a respeito da função do hipocampo: a teoria do índice e a teoria dos mapas cognitivos.

In this thesis, I tackle a series of open questions in the literature about the hippocampus, its function and its neural representations. Specifically, I approach four questions: 1) What defines the identity of the neurons chosen to represent a given memory? 2) Is there a topographical organization in hippocampal place cells? 3) What is the effect of adult neurogenesis on the connectivity pattern in the hippocampus? 4) How does the activity of adult born neurons affects the workings of the hippocampus and the behavior of the animals? The four questions above sprung from empirical findings and they share two features. First, all four questions are related, in some way or another, to the way the hippocampus represents information. Second, the attempts to interpret the findings related to the questions above exposed conflicts in the current paradigm regarding the function of the hippocampus and the nature of its representations. Despite the continuous production of new data, the questions above are still lacking an interpretation that is consistent with the available data, capable of accommodating both the hippocampus internal dynamics and its functional role within the brain. That being the case, the goal of this thesis was to find plausible interpretations for the four questions above in a way that is consistent with hippocampus function within the brain as whole. I propose a view of the hippocampus in which it balances the plasticity and the consistency required to work properly with other brain regions, and I propose a view of hippocampal representations that is capable of accommodating the conflicting findings in the literature and of conciliating the two main theories of hippocampal function: the index theory and the cognitive map theory.