A visão orienta as ações de um animal, mas uma nova pesquisa do MIT mostra que a relação vai 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 atua como um importante centro de controle executivo, envia sinais adaptados a regiões envolvidas na visão e no movimento. Esses sinais ajustam o funcionamento dessas regiões dependendo de fatores como o nível de alerta do camundongo e se ele está em movimento ativo.
“Essa é a principal conclusão deste trabalho: existem projeções direcionadas para um impacto específico,” disse o autor sênior Mriganka Sur, Professor Paul e Lilah Newton do Instituto Picower para Aprendizagem e Memória e do 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 único tipo amplo de sinal ou, em contrapartida, elabora mensagens distintas para diferentes regiões-alvo. A autora principal e pesquisadora pós-doutoral do Laboratório Sur, Sofie Ährlund-Richter, também buscou identificar quais neurônios específicos recebem esses sinais e como a comunicação influencia o processamento posterior.
Diferentes Regiões Pré-frontais Servem a Funções Distintas
A equipe identificou várias novas percepções. Duas áreas do córtex pré-frontal, o córtex orbitofrontal (ORB) e a área cingulada anterior (ACA), foram encontradas como responsáveis por relatar informações sobre excitação e movimento para outras duas regiões: o córtex visual primário (VISp) e o córtex motor primário (MOp). Essas mensagens parecem ter efeitos únicos. Por exemplo, maior excitação aumentou a tendência da ACA em 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 reduzir 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 agir para reduzir a atenção a estímulos distrativos ou excessivamente fortes.
“Essas duas subregiões do PFC estão, de certa forma, se equilibrando,” disse Ährlund-Richter. “Enquanto uma potencializa 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 compreender melhor as vias envolvidas, Ährlund-Richter realizou traçados anatômicos detalhados das conexões que a ACA e o ORB formam com o VISp e o MOp. Em experimentos adicionais, camundongos correram livremente em uma roda enquanto visualizavam imagens estruturadas ou filmes naturalistas em diferentes níveis de contraste. Em determinados momentos, pequenos jatos de ar aumentaram o nível de excitação dos animais. Ao longo dessas tarefas, os pesquisadores registraram a atividade de neurônios na ACA, ORB, VISp e MOp, com especial atenção aos sinais que viajavam pelos axônios conectando áreas pré-frontais e posteriores.
O trabalho de traçado mostrou que a ACA e o ORB se comunicam com uma variedade de tipos celulares nas suas regiões-alvo, em vez de uma única classe celular. Elas também se conectam em padrões espaciais distintos. No VISp, a ACA teve como alvo principal a camada 6, enquanto o ORB se comunicou principalmente com a camada 5.
Como a Excitação e o Movimento Alteram o Processamento Visual
Quando a equipe examinou as informações transmitidas e a atividade neural, vários padrões consistentes emergiram. Os neurônios da ACA transmitiram mais informações visuais detalhadas do que os neurônios do ORB e foram mais responsivos às mudanças de contraste. A atividade da ACA também acompanhou de perto o nível de excitação, enquanto o ORB respondeu apenas quando a excitação atingiu um alto limiar. Ao sinalizar para o MOp, ambas as regiões transmitiram informações sobre a velocidade da corrida. No entanto, ao sinalizar para o VISp, elas apenas indicaram se o camundongo estava em movimento ou parado. As duas regiões pré-frontais também carregaram informações sobre excitação e uma pequena quantidade de detalhes visuais para o MOp.
Para ver como essa comunicação afeta o processamento visual, os pesquisadores bloquearam temporariamente as vias que levam da ACA e do ORB ao VISp. Isso permitiu que medissessem como os neurônios do VISp responderam sem esses insumos. Eles descobriram que a ACA e o ORB exerciam efeitos específicos e opostos sobre a codificação visual, dependendo do movimento do camundongo e do nível de excitação.
Um Modelo Especializado de Feedback Pré-frontal
“Nossos dados apoiam um modelo de feedback do PFC que é especializado tanto no nível das subregiões do PFC quanto de seus alvos, permitindo que cada região molde seletivamente a atividade cortical específica de um alvo, em vez de modulá-la de maneira global,” escreveram os autores na 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, pelo Instituto Nacional de Saúde e pela Fundação Freedom Together.
