Cientistas descobrem um circuito cerebral oculto que reescreve a visão
A visão guia as ações de um animal, mas uma nova pesquisa do MIT mostra que a relação funciona em ambas as direções. O estudo, publicado em 25 de novembro na revista Neuron, relata que o comportamento e as condições internas influenciam diretamente como as informações visuais são processadas. Em camundongos, o córtex pré-frontal, que serve como um centro importante para o controle executivo, envia sinais personalizados para regiões envolvidas na visão e no movimento. Esses sinais ajustam como essas regiões operam dependendo de fatores como o nível de alerta do camundongo e se ele está se movendo ativamente.
“Essa é a principal conclusão deste artigo: há projeções direcionadas para um impacto direcionado,” disse o autor sênior Mriganka Sur, Professor Paul e Lilah Newton no Instituto Picower para Aprendizado e Memória e no Departamento de Ciências Cerebrais e Cognitivas do MIT.
Investigando Sinais Personalizados do Pré-frontal
Cientistas há muito propõem, incluindo o colega de Sur, Earl K. Miller, que o córtex pré-frontal pode guiar a atividade de áreas mais posteriores do cérebro. Embora evidências anatômicas tenham apoiado essa ideia, o objetivo do novo estudo era determinar se o córtex pré-frontal envia um tipo de sinal amplo ou se cria mensagens distintas para diferentes regiões-alvo. A autora principal e pesquisadora pós-doutoral do laboratório de Sur, Sofie Ährlund-Richter, também buscou identificar quais neurônios específicos recebem esses sinais e como essa comunicação influencia o processamento downstream.
Diferentes Regiões Pré-frontais Servem a Diferentes Funções
A equipe identificou várias novas descobertas. Duas áreas do córtex pré-frontal, o córtex orbitofrontal (ORB) e a área cingulada anterior (ACA), foram encontradas para relatar informações sobre tanto a excitação quanto o movimento para duas outras regiões: o córtex visual primário (VISp) e o córtex motor primário (MOp). Essas mensagens parecem ter efeitos únicos. Por exemplo, uma maior excitação aumentou a tendência da ACA de ajudar o VISp a aprimorar suas representações visuais. O ORB, no entanto, tornou-se influente apenas quando a excitação era muito alta, e sua participação parecia diminuir a clareza da codificação visual. De acordo com Ährlund-Richter, a ACA pode ajudar o cérebro a se concentrar em detalhes visuais potencialmente significativos à medida que a excitação aumenta, enquanto o ORB pode atuar para reduzir a atenção a estímulos distrativos ou excessivamente fortes.
“Essas duas sub-regiões do PFC estão meio que se equilibrando,” afirmou Ährlund-Richter. “Enquanto uma aumenta estímulos que podem ser mais incertos ou mais difíceis de detectar, a outra meio que atenua estímulos fortes que podem ser irrelevantes.”
Mapeando e Monitorando Circuitos Cerebrais
Para entender melhor as vias envolvidas, Ährlund-Richter realizou um rastreamento anatômico detalhado das conexões que ACA e ORB formam com VISp e MOp. Em experimentos adicionais, os camundongos correram livremente em uma roda enquanto viam imagens estruturadas ou filmes naturalísticos em diferentes níveis de contraste. Em certos momentos, pequenos jatos de ar aumentavam o nível de excitação dos animais. Durante essas tarefas, os pesquisadores registraram a atividade de neurônios em ACA, ORB, VISp e MOp, com atenção particular aos sinais que viajavam ao longo dos axônios que ligam áreas pré-frontais e posteriores.
O trabalho de rastreamento mostrou que a ACA e o ORB se comunicam com uma variedade de tipos celulares em suas regiões-alvo, em vez de uma única classe celular. Eles também se conectam em padrões espaciais distintos. Em VISp, a ACA teve como alvo principalmente a camada 6, enquanto o ORB se comunicava principalmente com a camada 5.
Como a Excitação e o Movimento Mudam o Processamento Visual
Quando a equipe examinou as informações transmitidas e a atividade neural, vários padrões consistentes emergiram. Os neurônios da ACA transmitiram informações visuais mais detalhadas do que os neurônios do ORB e foram mais responsivos a mudanças no contraste. A atividade da ACA também estava intimamente relacionada ao nível de excitação, enquanto o ORB respondeu apenas quando a excitação atingiu um alto limite. Ao sinalizar para MOp, ambas as regiões transmitiram informações sobre a velocidade de corrida. Quando sinalizando para VISp, no entanto, elas apenas indicaram se o camundongo estava se movendo ou parado. As duas regiões pré-frontais também carregavam informações sobre excitação e uma pequena quantidade de detalhes visuais para MOp.
Para observar como essa comunicação afeta o processamento visual, os pesquisadores bloquearam temporariamente as vias que levam de ACA e ORB a VISp. Isso lhes permitiu medir como os neurônios de VISp reagiam sem essas entradas. Eles descobriram que a ACA e o ORB exerciam efeitos específicos e opostos sobre a codificação visual, dependendo do movimento e do nível de excitação do camundongo.
Um Modelo Especializado de Retorno Pré-frontal
“Nossos dados suportam um modelo de feedback do PFC que é especializado tanto no nível das sub-regiões do PFC quanto em seus alvos, permitindo que cada região molde seletivamente a atividade cortical específica do alvo, em vez de modulá-la globalmente,” escreveram os autores na revista Neuron.
Além de Sur e Ährlund-Richter, a equipe de pesquisa incluiu Yuma Osako, Kyle R. Jenks, Emma Odom, Haoyang Huang e Don B. Arnold.
O trabalho foi apoiado por uma Bolsa de Pós-Doutorado da Fundação Wenner-Gren, pelos Institutos Nacionais de Saúde e pela Freedom Together Foundation.
