Como o organograma do escritório em seu cérebro ajuda a organizar suas ações

Como o organograma do escritório em seu cérebro ajuda a organizar suas ações

Cientistas da Salk descobrem como os comportamentos aprendidos são organizados e controlados por diferentes tipos de células cerebrais, oferecendo informações sobre Parkinson e TOC

LA JOLLA – Dirigindo para o trabalho, digitando um e-mail ou jogando uma partida de golfe – as pessoas realizam ações como essas ao longo do dia. Mas os neurocientistas ainda não têm certeza de como o cérebro orquestra ações complexas ou muda para uma nova ação – comportamentos que são prejudicados em distúrbios como a doença de Parkinson ou transtorno obsessivo-compulsivo (TOC).

Agora, os pesquisadores do Salk resolveram um antigo debate científico sobre como o comportamento é organizado no cérebro. Liderado pelo Professor Associado Xin Jin, a equipe descobriu que o comportamento aprendido é organizado em uma hierarquia com vários níveis de controle, oferecendo possíveis novos alvos terapêuticos para distúrbios que envolvem a incapacidade de controlar as próprias ações. O trabalho, publicado na revista Célula em 28 de junho de 2018, utilizou ratos treinados para realizar sequências de ação complexas para fazer a descoberta.

“Por muitas décadas, os cientistas debateram como o cérebro organiza o comportamento”, diz Jin, autor sênior do estudo. “Usando a optogenética, uma técnica que utiliza a luz para manipular a atividade das células cerebrais, fomos capazes de mudar as ações individuais que os animais planejavam realizar, revelando esse nível preciso de controle neural”.

Quando você aprende um novo comportamento – como amarrar os cadarços – uma região do cérebro chamada estriado orquestra a série de ações: curvar-se, agarrar os cadarços e dar o nó. Os cientistas há muito debatem se esses tipos de etapas são organizadas em uma cadeia, com cada etapa desencadeando a próxima (como dominós caindo) ou se existe um sistema mais hierárquico em funcionamento, com vários níveis de controle (como um organograma de escritório).

Durante várias semanas, a equipe de Jin treinou ratos para executar uma série de pressões de alavanca. Em uma caixa personalizada com uma alavanca à esquerda e outra à direita, os ratos aprenderam que pressionar as alavancas na ordem específica de esquerda-esquerda-direita-direita produzia uma guloseima. (A equipe chamou essa série de “a dança do pinguim” em homenagem a uma linha de dança às vezes executada em casamentos ou festas.)

Enquanto os camundongos executavam a sequência da dança do pinguim, um computador registrava a atividade de dois tipos específicos de células cerebrais: os neurônios D1 e D2, que compõem a maioria das células do corpo estriado e estão envolvidos no aprendizado e na execução de ações. Os pesquisadores usaram a optogenética para ativar esses neurônios com luz laser e toxina diftérica para inativá-los, permitindo que a equipe identificasse e isolasse como as células D1 e D2 controlam o comportamento.

Curiosamente, estimular neurônios D1 fez com que os camundongos adicionassem um pressionamento de barra adicional à sequência, enquanto estimular neurônios D2 fez com que os camundongos pulassem as próximas pressões de barra.

Ao manipular os neurônios D1 ou D2 em pontos precisos durante a performance da dança do pinguim, os pesquisadores conseguiram entender como a sequência foi aprendida e organizada pelo cérebro. Eles também descobriram misturas inesperadas de neurônios trabalhando em conjunto para conduzir ou suprimir o comportamento.

“Os neurônios são como flocos de neve”, diz Claire Geddes, estudante de pós-graduação da UC San Diego e pesquisadora do Salk, primeira autora do artigo. “Os neurônios D1 e D2 têm certos padrões semelhantes, mas nem todos fazem exatamente a mesma coisa. Há uma complexidade em como eles trabalham juntos para controlar o movimento.”

A equipe encontrou evidências de três níveis de controle na atividade neuronal. O nível mais baixo representava a atividade com cada etapa individual na sequência de ação, enquanto o nível mais alto representava a atividade apenas ao iniciar ou parar a sequência geral. Em um nível intermediário, os neurônios estavam ativos apenas durante a mudança dos animais de uma ação para outra. É como o supervisor de um funcionário supervisionando todas as tarefas versus um executivo sênior que monitora principalmente se um projeto foi iniciado ou concluído. No meio estão os gerentes intermediários da organização, operando entre os outros dois.

De acordo com Jin, Geddes e o coautor Hao Li, o trabalho revela uma sutil complexidade do comportamento neuronal no estriado que pode ajudar a explicar por que as ações aprendidas que realizamos permanecem tão flexíveis – os supervisores, gerentes intermediários e executivos seniores de nosso cérebro podem atualizar nossos comportamentos para responder aos desafios em nosso ambiente em constante mudança.

Jin acrescenta: “Estou particularmente entusiasmado com este estudo porque resolve um debate de longa data sobre uma questão fundamental na neurociência comportamental. Ao mesmo tempo, ao identificar como diferentes tipos de células no cérebro controlam nosso comportamento, ele fornece uma nova visão sobre possíveis tratamentos para diferentes doenças neurológicas”.

O trabalho foi financiado pelos Institutos Nacionais de Saúde dos EUA (R01NS083815 e R01AG047669), Dana Foundation, Ellison Medical Foundation e Whitehall Foundation.