A visão dita a ação de um animal, mas uma nova pesquisa do MIT mostra que a relação ocorre nos dois sentidos. O estudo, publicado em 25 de novembro na Neuron, relata que o comportamento e o estado interno influenciam diretamente a forma como a informação visual é processada. Nos ratos, o córtex pré-frontal do cérebro, que funciona como um importante centro de controle executivo, envia sinais adaptativos para áreas envolvidas na visão e no movimento. Esses sinais ajustam o funcionamento dessas regiões dependendo de fatores como o nível de alerta do mouse e se ele está se movendo ativamente.
“Essa é a principal conclusão deste artigo: existe uma hipótese alvo para efeitos alvo”, disse o autor sênior Mriganka Sur, professor Paul e Lila Newton do Instituto Pickwer de Aprendizagem e Memória e do Departamento de Cérebro e Ciências Cognitivas do MIT.
Investigando sinais pré-frontais personalizados
O colega de Sur no MIT, Earl K. Cientistas, incluindo Miller, há muito propõem que o córtex pré-frontal pode direcionar a atividade em partes mais posteriores do cérebro. Embora as evidências anatómicas apoiassem esta ideia, o novo estudo teve como objetivo determinar se o córtex pré-frontal envia uma ampla variedade de sinais ou, em vez disso, gera mensagens distintas para diferentes regiões-alvo. A autora principal e pesquisadora de pós-doutorado do Sur Lab, Sofie Ährlund-Richter, também queria identificar quais neurônios específicos recebem esses sinais e como a comunicação afeta o processamento downstream.
Diferentes regiões pré-frontais desempenham funções diferentes
A equipe identificou vários novos insights. Descobriu-se que duas áreas do córtex pré-frontal, o córtex orbitofrontal (ORB) e a área cingulada anterior (ACA), transmitem informações sobre a excitação e o movimento para duas outras áreas: o córtex visual primário (VISP) e o córtex motor primário (MOP). Estas mensagens parecem ter efeitos únicos. Por exemplo, uma maior excitação aumenta a propensão do ACA para ajudar o VISP a aguçar a sua representação visual. O ORB, no entanto, tornou-se dominante apenas quando a excitação era muito elevada e o seu envolvimento reduziu a clareza da codificação visual. De acordo com Ährlund-Richter, o ACA pode ajudar o cérebro a se concentrar em detalhes visuais potencialmente significativos à medida que os estímulos aumentam, enquanto o ORB pode funcionar para reduzir a atenção a estímulos que distraem ou excessivamente fortes.
“Estas duas sub-regiões do PFC estão a equilibrar-se”, disse Ahrlund-Richter. “Embora um melhore estímulos que podem ser mais incertos ou mais difíceis de detectar, outro tipo irá amortecer estímulos mais fortes que podem ser irrelevantes”.
Mapeando e monitorando circuitos cerebrais
Para entender melhor as vias envolvidas, Ährlund-Richter realizou traçado anatômico detalhado das formas ACA e ORB conectando VISp e MOp. Em experimentos adicionais, ratos correram livremente em uma roda enquanto visualizavam imagens estruturadas ou filmes naturais em diferentes níveis de contraste. Em determinados momentos, pequenas baforadas de ar aumentam o nível de excitação do animal. Ao longo deste trabalho, os pesquisadores registraram a atividade dos neurônios no ACA, ORB, VISP e MOP, prestando especial atenção aos sinais que viajam ao longo dos axônios que conectam as regiões pré-frontal e posterior.
O trabalho de rastreamento mostrou que o ACA e o ORB interagem com diferentes tipos de células em suas regiões alvo, e não com cada classe de células. Eles também se conectam a padrões espaciais distintos. No VISP, o ACA tem como alvo principal a camada 6, enquanto o ORB interage principalmente com a camada 5.
Como a excitação e o movimento transferem o processamento visual
Quando a equipe examinou os dados transmitidos e a atividade neural, surgiram vários padrões consistentes. Os neurônios ACA relataram informações visuais mais detalhadas do que os neurônios ORB e foram mais responsivos às mudanças no contraste. A atividade do ACA também acompanha de perto os níveis de excitação, com o ORB respondendo apenas quando a excitação atinge um limiar alto. Ao sinalizar para o MOP, ambas as regiões transmitem informações sobre a velocidade de execução. Ao sinalizar no VISP, eles apenas indicavam se o mouse estava em movimento ou parado. As duas regiões pré-frontais também carregam informações sobre a excitação e, em menor grau, detalhes visuais no MOP.
Para ver como esta comunicação afeta o processamento visual, os pesquisadores bloquearam temporariamente os caminhos do ACA e do ORB para o VISp. Isso permitiu medir como os neurônios VISp responderam sem essas entradas. Eles descobriram que o ACA e o ORB exerciam efeitos específicos e opostos na codificação visual, dependendo do movimento do mouse e do nível de excitação.
Um modelo especial de feedback pré-frontal
“Nossos dados apoiam um modelo de capacidade de resposta do PFC especializado tanto nas 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. Neurônio.
Além de Sur e Ehrlund-Richter, a equipe de pesquisa incluiu Yuma Osako, Kyle R. Jenks, Emma Odom, Huang Huang e Don B. Arnold.
O trabalho foi apoiado por uma bolsa de pós-doutorado da Fundação Weiner-Grein, pelos Institutos Nacionais de Saúde e pela Fundação Freedom Together.
