Estudo descobre como cérebro transforma sentidos em ação motora

Pesquisadores mapeiam como o cérebro transforma sensação em ação. Cada círculo é um neurônio, apenas aqueles que estão significativamente ativos são mostrados - (crédito: Sainsbury Wellcome Centre)

Neurocientistas da University College London (UCL), no Reino Unido, descobriram como a entrada sensorial é convertida em ação motora em diversas regiões cerebrais. O estudo, publicado ontem na revista Nature, detalha como a tomada de decisão é um processo global no cérebro, coordenado pelo aprendizado. Conforme os autores, a pesquisa tem o potencial de influenciar o desenvolvimento de redes neurais mais sofisticadas para inteligência artificial.

O professor Tom Mrsic-Flogel, diretor do Sainsbury Wellcome Centre (SWC) na UCL e autor correspondente do estudo, explicou que o trabalho unifica conceitos descritos anteriormente para áreas individuais do cérebro em uma visão coerente que mapeia a dinâmica neural de todo o cérebro. "Agora temos uma imagem completa do que está acontecendo no cérebro conforme a entrada sensorial é transformada por meio de um processo de decisão em uma ação."

A pesquisa utilizou sondas neuropixels — uma tecnologia inovadora que possibilita a gravação simultânea de centenas de neurônios em várias regiões do cérebro. A equipe avaliou camundongos envolvidos em uma tarefa que exigia tomada de decisão. Essa atividade foi projetada para distinguir entre o processamento sensorial e o controle motor, permitindo aos pesquisadores observar o impacto do aprendizado na integração de informações sensoriais.

"Essas descobertas ajudam a destacar como uma arquitetura neural distribuída pode dar origem a um comportamento direcionado a objetivos, sugerindo que cérebros biológicos e artificiais podem ser melhor pensados e projetados como distribuídos em vez de modulares", ressaltou, ao Correio, Michael Lohse, aluno de pós-doutorado do SWC e primeiro autor do artigo

Durante a tarefa, os ratos foram treinados para permanecerem imóveis enquanto observavam um padrão visual em movimento na tela. Para receber uma recompensa, eles precisavam lamber um bico quando detectassem um aumento sustentado na velocidade do padrão.

A atividade foi configurada para que a velocidade do movimento variasse constantemente e que o momento do aumento na velocidade mudasse de teste para teste. Isso forçou os ratos a prestarem atenção de forma contínua e a integrarem informações para identificar o aumento na velocidade.

Durante a pesquisa, foram coletados dados de mais de 15 mil células em 52 regiões cerebrais de 15 camundongos treinados. Os cientistas também compararam esses resultados a de outros ratos para observar o impacto do aprendizado.

Segundo Lohse, o estudo é fundamental para entender a tomada de decisões e ajuda a remodelar a compreensão subjacente de como o cérebro aprende a agir para entradas apropriadas no mundo. "Mas também fornece uma descrição ampla de como essas abordagens se desdobram em cérebros neurotípicos e nos permite usar isso como um mapa para entender como esses processos diferem em modelos de camundongos de doenças neurológicas e psiquiátricas."

Andrei Khilkevich, pesquisador sênior no laboratório e coautor do artigo, explicou que ao treinar os ratos para ficarem parados, a análise de dados foi muito mais limpa e a tarefa permitiu observar como os neurônios rastreiam flutuações aleatórias na velocidade antes que os animais tomem uma ação. "Descobrimos não haver uma única região cerebral responsável pela integração das evidências sensoriais ou pela coordenação do processo. Em vez disso, neurônios esparsamente distribuídos pelo cérebro conectam evidências sensoriais à iniciação da ação."

André Reis, neurologista do hospital Anchieta, em Brasília, reforçou que com melhor entendimento da conectividade cerebral, é possível atualizar as práticas clínicas, estudar terapias com abordagens em regiões cerebrais que antes acreditava-se não ser possível interferir. "Superando a ideia de que só determinada área executa determinada ação. Podemos estimular outras áreas do cérebro que não foram danificadas após lesões, e com isso obter respostas em funções que estariam prejudicadas. Além disso, podemos ampliar nossa visão quanto aos tratamentos de transtornos psiquiátricos."

Fábio Leite, psiquiatra do hospital Santa Lúcia, Brasília, destacou que, tratamentos baseados nesses mecanismos são importantes para que profissionais da área possam trabalhar com alguns pacientes modelo de recompensa. Por exemplo, na dependência química há comportamento para adquirir uma recompensa, no caso a sensação. As perspectivas são bem interessantes no manejo de alguns pacientes com transtornos psiquiátricos, principalmente nas áreas de prevenção de várias patologias que têm essa questão de estímulo-resposta."

Nas próximas etapas, a equipe pretende explorar como o processo de aprendizado evolui ao longo do tempo, rastreando mudanças neuronais à medida que os modelos começam a entender a tarefa. Além disso, os pesquisadores pretendem investigar se áreas específicas do cérebro atuam como centros causais para a formação dessas conexões entre sensações e ações. Outras questões levantadas incluem saber como o cérebro incorpora expectativas sobre o momento do aumento na velocidade do padrão visual, de modo que os animais só reagem ao estímulo quando a informação é relevante.

Saiba Mais

Conhecimento interligado

"Descobertas tecnológicas influenciam diretamente no conhecimento sobre o sistema nervoso central e áreas que até então eram desconhecidas para ciência, como conexões sinápticas, que antes a ciência simplesmente não conhecia de uma forma mais concreta. São necessárias cada vez mais pesquisas nas áreas de biologia, nanobiologia e nanotecnologia para que tenhamos mais compreensão de como as doenças acontecem e também de como podem ser desenvolvidos tratamentos e, quem sabe, curas para doenças como esquizofrenia e tantos outros transtornos neurológicos."

Bruno Pascale Cammarota, psiquiatra ex-professor de farmacologia do curso de medicina da Universidade Souza Marques

Luzes e alucinações

Estudo do Instituto Holandês de Neurociências trouxe novas perspectivas sobre como a luz bruxuleante (que brilha de forma intermitente) pode provocar alucinações, demonstrando que gera "ondas estacionárias" de atividade cerebral. A pesquisa, publicada na Current Biology, revisita uma ideia conhecida, onde a luz estroboscópica (com flashes de luz de forma múltipla), bastante popular, consegue criar imagens vívidas que não existem no mundo real.

Para investigar o mecanismo por trás dessas sensações, os pesquisadores utilizaram ratos e técnicas avançadas de imagem para mapear a atividade neural. A equipe expôs os animais a luzes piscantes e monitorou os padrões de atividade no córtex visual.

A estimulação gerou padrões de ondas estacionárias no cérebro dos animais. Isso foi associado à atividade neural em diferentes regiões do córtex visual, conforme a variação da luz. Embora os pesquisadores não confirmem se os ratos tiveram alucinações semelhantes às humanas, as evidências fornecem uma base para entender como a luz bruxuleante pode induzir padrões alucinatórios.