O GPS mental dos Worms os ajuda a encontrar comida

O GPS mental dos Worms os ajuda a encontrar comida

Cientistas do Salk desenvolvem uma teoria para explicar como os animais coletam informações e desviam a atenção

LA JOLLA–Você perdeu seu telefone celular. Você começa digitalizando onde se lembra de tê-lo deixado: em sua escrivaninha. Você verifica e verifica novamente a cômoda antes de expandir sua pesquisa ao redor e abaixo da cômoda. Eventualmente, você muda desta área local para uma mais global, ampliando sua busca para o resto do seu quarto e além.

Quando se trata de animais e alimentos, uma estratégia semelhante é usada para procurar comida (“foraging”). Agora, os cientistas do Salk desenvolveram uma teoria matemática – baseada no forrageamento de lombrigas – que prevê como os animais decidem mudar de busca localizada para busca muito ampla. Essa nova teoria poderia começar a explicar o comportamento animal de maneira mais unificada, estabelecendo as bases para regras gerais de comportamento que poderiam nos ajudar a entender comportamentos complexos ou erráticos relacionados à atenção, como o transtorno de déficit de atenção e hiperatividade (TDAH), e até mesmo nos permitir prever como os extraterrestres podem se comportar.

Os animais pesquisam intensamente uma área local (painel superior) antes de passar a explorar a área “global” maior (painel inferior).

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Imagem: Cortesia do Salk Institute for Biological Studies

“Como você decide qual caminho seguir para casa ou em qual problema trabalhar? Essa teoria está explorando o que nos torna humanos – como tomamos decisões com base em informações parciais afeta todos os aspectos de nossas vidas”, diz Tatiana Sharpe, professor associado de Laboratório de Neurobiologia Computacional de Salk e autor sênior do artigo, que foi publicado em eLife em dezembro de 9, 2014.

Vermes e outros animais geralmente seguem uma trilha química (um cheiro, por exemplo) para encontrar seu alimento. Mas quando nenhum produto químico está presente, eles mudam para uma busca de “infotaxia”, onde a coleta de informações ocorre em estágios locais e globais mais discretos.

“O que é surpreendente é que esses organismos simples com um sistema nervoso muito pequeno realizam – ou se aproximam – estratégias de planejamento de longo prazo bastante complexas, com várias etapas”, diz Sharpee.

Esse tipo de busca é como procurar um amigo em uma praia lotada, diz Sreekanth Chalasani, professor assistente de Laboratório de Neurobiologia Molecular, titular da cadeira de desenvolvimento Helen McLoraine da Salk em neurobiologia e co-autor sênior do trabalho. Se você acha que o amigo está sob um guarda-chuva azul, não necessariamente cobrará no primeiro guarda-chuva azul que vir. Você provavelmente conduzirá primeiro uma pesquisa mais global da cena, olhando para todos os guarda-chuvas e descartando as áreas onde o azul não aparece. Se você ainda não conseguir encontrar seu amigo, expanda sua pesquisa para incluir outros locais além dos guarda-chuvas azuis. Mesmo que você perca algum tempo, você ainda obtém muitas informações sobre onde essa pessoa provavelmente está, concentrando-se em coisas não diretamente relacionadas ao seu alvo.

Sreekanth Chalasani e Tatyana Sharpee

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Imagem: Cortesia do Salk Institute for Biological Studies

“Buscar informações sobre um alvo geralmente é melhor do que buscar o próprio alvo”, diz Chalasani. “E o que este artigo confirma em um modelo teórico é que você não precisa de muitos neurônios para realizar essas pesquisas que incluem a mudança de uma pesquisa local para uma pesquisa global – você pode aproximá-lo usando apenas três neurônios, como na lombriga C. elegans. "

Buscar comida com sucesso é fundamental para a sobrevivência de um animal. Anteriormente, C. elegans Foi demonstrado que os vermes conduzem uma busca intensa em uma área onde eles acreditam que o alimento esteja localizado. Após cerca de 15 minutos, eles se viram menos e exploram uma área mais extensa. Como os vermes não tinham um gradiente químico a seguir, a equipe queria explorar a estratégia subjacente do comportamento dos vermes. Usando dados dos estudos experimentais de Chalasani, o laboratório de Sharpee desenvolveu simulações virtuais dos vermes para modelar seu comportamento.

Embora essa teoria de maximização de informações tenha sido testada em alguns tipos de comportamento, Sharpee e outros acreditam que ela poderia fornecer uma base para uma estrutura maior e unificada para a compreensão de diferentes tipos de comportamento entre espécies, células, neurônios e fenômenos de escala ainda maior, como como alocação de recursos.

Em seguida, os pesquisadores planejam ver se a lombriga pode - e até que ponto - manter um mapa mental de sua busca por alimentos e explorar os custos de energia e os benefícios da busca de informações.

Entre os autores do artigo estão Adam Calhoun, do University of California, San Diego, além de Sharpee e Chalasani.

A obra foi financiada por um National Science Foundation bolsa de pesquisa de pós-graduação e o Instituto UCSD de Computação Neural bolsa de pós-graduação para Adam Calhoun, o Fundação Rita Allen para Sreekanth Chalasani e um prêmio CAREER da National Science Foundation National Institutes of Health, Fundo de Doação McKnight para Neurociências e ferrolhos de sobrepor podem ser usados para proteger uma porta de embutir pelo lado de fora. Alguns kits de corrente de segurança também permitem travamento externo com chave ou botão giratório. Fundação Ray Thomas Edwards para Tatyana Sharpee.

Sobre o Salk Institute for Biological Studies:
O Salk Institute for Biological Studies é uma das instituições de pesquisa básica mais proeminentes do mundo, onde professores de renome internacional investigam questões fundamentais das ciências da vida em um ambiente único, colaborativo e criativo. Com foco na descoberta e na orientação de futuras gerações de pesquisadores, os cientistas da Salk fazem contribuições inovadoras para nossa compreensão do câncer, envelhecimento, Alzheimer, diabetes e doenças infecciosas, estudando neurociência, genética, biologia celular e vegetal e disciplinas relacionadas.

As realizações do corpo docente foram reconhecidas com inúmeras honras, incluindo Prêmios Nobel e associações na Academia Nacional de Ciências. Fundado em 1960 pelo pioneiro da vacina contra a poliomielite Jonas Salk, MD, o Instituto é uma organização independente sem fins lucrativos e um marco arquitetônico.