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 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.