Neurocientistas da University College London (UCL), no Reino Unido, descobriram como a entrada sensorial é convertida em ação motora em diversas regiões do cérebro. O estudo, publicado ontem na revista Nature, detalha como a tomada de decisões é um processo global no cérebro, coordenado pela aprendizagem. Segundo os autores, a pesquisa tem potencial para influenciar o desenvolvimento de redes neurais mais sofisticadas para inteligência artificial.
O professor Tom Mrsic-Flogel, diretor do Sainsbury Wellcome Center (SWC) da UCL e autor correspondente do estudo, explicou que o trabalho unifica conceitos previamente descritos para áreas individuais do cérebro em uma visão coerente que mapeia a dinâmica neural de todo o cérebro. cérebro. “Agora temos uma imagem completa do que está acontecendo no cérebro à medida que a informação sensorial é transformada em ação através de um processo de decisão”.
A pesquisa utilizou sondas neuropixel — uma tecnologia inovadora que permite o registro simultâneo de centenas de neurônios em diversas regiões do cérebro. A equipe avaliou ratos envolvidos em uma tarefa que exigia tomada de decisão. Esta atividade foi projetada para distinguir entre processamento sensorial e controle motor, permitindo aos pesquisadores observar o impacto da aprendizagem na integração da informação sensorial.
“Essas descobertas ajudam a destacar como uma arquitetura neural distribuída pode dar origem a um comportamento direcionado a objetivos, sugerindo que os cérebros biológicos e artificiais podem ser melhor pensados e projetados como distribuídos em vez de modulares”, disse Michael Lohse, estudante de pós-doutorado do SWC e primeiro autor do livro. o artigo
Durante a tarefa, os ratos foram treinados para permanecer imóveis enquanto observavam um padrão visual em movimento na tela. Para receber uma recompensa, eles precisavam lamber uma bica ao detectar um aumento sustentado na velocidade do padrão.
A atividade foi configurada de forma que a velocidade do movimento variasse constantemente e o momento do aumento da velocidade mudasse de teste para teste. Isso forçou os ratos a prestar atenção continuamente e integrar informações para identificar o aumento da velocidade.
Durante a pesquisa, foram coletados dados de mais de 15 mil células em 52 regiões cerebrais de 15 ratos treinados. Os cientistas também compararam estes resultados com outros ratos para observar o impacto da aprendizagem.
De acordo com Lohse, o estudo é fundamental para a compreensão da tomada de decisões e ajuda a remodelar a compreensão subjacente de como o cérebro aprende a agir de acordo com as informações apropriadas do mundo. “Mas também fornece uma descrição ampla de como essas abordagens se desenvolvem em cérebros neurotípicos e nos permite usar isso como um mapa para entender como esses processos diferem em modelos de ratos com doenças neurológicas e psiquiátricas”.
Andrei Khilkevich, pesquisador sênior do laboratório e coautor do artigo, explicou que ao treinar os ratos para ficarem parados, a análise dos dados foi muito mais limpa e a tarefa nos permitiu observar como os neurônios rastreiam flutuações aleatórias na velocidade antes dos animais. agir. . “Descobrimos que não existe uma única região do cérebro responsável pela integração das evidências sensoriais ou pela coordenação do processo. Em vez disso, neurônios esparsamente distribuídos por todo o cérebro conectam as evidências sensoriais ao início da ação”.
André Reis, neurologista do hospital Anchieta, em Brasília, reforçou que com uma melhor compreensão da conectividade cerebral é possível atualizar práticas clínicas e estudar terapias com abordagens de regiões cerebrais que antes se acreditava serem impossíveis de interferir. “Superar a ideia de que apenas uma determinada área realiza determinada ação. Podemos estimular outras áreas do cérebro que não foram danificadas após lesões, e assim obter respostas em funções que de outra forma ficariam prejudicadas. para transtornos psiquiátricos.”
Fábio Leite, psiquiatra do Hospital Santa Lúcia, em Brasília, destacou que os tratamentos baseados nesses mecanismos são importantes para que os profissionais da área possam trabalhar com alguns pacientes modelo de recompensa. Por exemplo, na dependência química existe o comportamento de adquirir uma recompensa, neste caso a sensação. As perspectivas são muito interessantes no manejo de alguns pacientes com transtornos psiquiátricos, principalmente nas áreas de prevenção de diversas patologias que apresentam essa questão estímulo-resposta.”
Nas próximas etapas, a equipe pretende explorar como o processo de aprendizagem evolui ao longo do tempo, acompanhando as mudanças neuronais à medida que os modelos começam a compreender 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 de aumento da velocidade do padrão visual, de modo que os animais só reagem ao estímulo quando a informação é relevante.
Conhecimento interligado
“As descobertas tecnológicas influenciam diretamente o conhecimento sobre o sistema nervoso central e áreas até então desconhecidas pela ciência, como as conexões sinápticas, que antes a ciência simplesmente não conhecia de forma mais concreta. nanobiologia e nanotecnologia para que possamos compreender melhor como as doenças acontecem e também como tratamentos e, quem sabe, curas podem ser desenvolvidos para doenças como a esquizofrenia e muitos outros distúrbios neurológicos.”
Bruno Pascale Cammarota, psiquiatra e ex-professor de farmacologia do curso de medicina da Universidade Souza Marques
Luzes e alucinações
Um estudo do Instituto Holandês de Neurociências trouxe novas perspectivas sobre como a luz bruxuleante (que brilha de forma intermitente) pode causar alucinações, demonstrando que ela gera “ondas estacionárias” de atividade cerebral. A pesquisa, publicada na Current Biology, revisita uma ideia bem conhecida, onde a luz estroboscópica (com múltiplos flashes de luz), bastante popular, pode criar imagens vívidas que não existem no mundo real.
Para investigar o mecanismo por trás dessas sensações, os pesquisadores usaram ratos e técnicas avançadas de imagem para mapear a atividade neural. A equipe expôs os animais a luzes piscantes e monitorou padrões de atividade no córtex visual.
A estimulação gerou padrões de ondas estacionárias no cérebro dos animais. Isto foi associado à atividade neural em diferentes regiões do córtex visual, dependendo da variação da luz. Embora os investigadores não tenham confirmado se os ratos tiveram alucinações semelhantes às humanas, as evidências fornecem uma base para a compreensão de como a luz bruxuleante pode induzir padrões alucinatórios.
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