Células cerebrais recém-descobertas estão preparadas para a incerteza

Células cerebrais recentemente identificadas evoluíram de acordo com o tema: “A vida é incerta; coma a sobremesa primeiro”. Os neurônios, localizados na parte frontal do cérebro, são mais ativos quando o resultado de uma decisão é incerto, sugerindo que ajudam na tomada de decisões, juntamente com o aprendizado e a flexibilidade mental em geral.

Esta descoberta da UCLA em ratos pode ajudar no desenvolvimento de novos tratamentos que envolvam o direcionamento de padrões de pensamento rígidos, como os da ansiedade e dos transtornos por uso de substâncias em humanos, que também possuem o mesmo tipo de células cerebrais.

“Se tivermos pleno conhecimento do que vai acontecer, então realmente não precisamos aprender e não temos que adaptar nosso comportamento”, disse Alicia Izquierdo, professora de neurociência comportamental da UCLA no departamento de psicologia e autora sênior do artigo. publicado no diário Comunicações da Natureza.

“Mas isso raramente acontece. Encontrámos estas células na região orbital do córtex frontal que estão preparadas para a incerteza e pensamos que são essenciais para a aprendizagem.”

O córtex orbitofrontal está localizado numa parte do cérebro diretamente acima dos olhos, tanto em humanos como em ratos, e está ativo quando experimentamos emoções, sabores, cheiros e as recompensas positivas das nossas decisões. Os neurocientistas determinaram que o córtex orbitofrontal também está envolvido na aprendizagem flexível de recompensas. A aprendizagem por recompensa acontece quando recebemos uma recompensa por tomar a decisão “certa”, mas não recebemos nenhuma por tomar a decisão “errada”.

Diz-se que a aprendizagem por recompensa é flexível quando não sabemos quais de nossas escolhas levarão à recompensa até aprendermos um padrão ou conjunto de condições que levam à opção recompensada. A aprendizagem por recompensa é um processo no qual o desejo pela recompensa positiva motiva o aluno a perseverar através da decepção ou dos resultados negativos da escolha errada até que o padrão correto seja aprendido.

Como o córtex orbitofrontal tem vários tipos de neurônios, o estudante de doutorado da UCLA e primeiro autor do artigo, Juan Luis Romero-Sosa, e colegas desenvolveram uma maneira de observar principalmente as “células piramidais” que estavam ativas quando os ratos realizavam atividades flexíveis de aprendizagem de recompensa, como tocar nos pontos certos em uma tela sensível ao toque para receber uma recompensa alimentar.

Eles infundiram nos cérebros um marcador de íon cálcio amplamente utilizado em estudos de imagens cerebrais porque ele se acende durante a atividade, e um vírus modificado que expressa receptores sintéticos que poderiam “desligar” os neurônios dependendo se os ratos receberam uma droga que se liga a esses receptores sintéticos no cérebro para interromper a atividade.

Uma pequena luz e uma câmera foram instaladas no crânio para registrar a atividade dos neurônios enquanto os ratos realizavam essas tarefas de aprendizagem. No início, os ratos recebiam uma recompensa por qualquer tarefa concluída. Ao longo de vários dias, as tarefas da tela sensível ao toque tornaram-se mais difíceis, com resultados cada vez mais incertos. Na parte mais difícil desta tarefa, havia apenas 70% de chance de receber uma recompensa, e a outra opção tinha apenas 30% de chance de ganhar uma recompensa.

Os pesquisadores identificaram rapidamente células que se iluminavam quando os animais tomavam decisões.

“O rato tem que se adaptar constantemente a um ambiente em mudança. Tudo isso significa que o rato está aprendendo a escolher uma das duas opções e qual é a opção correta continua mudando”, disse Romero-Sosa. “Assim, quando o rato descobrir a opção correta, ele começará a selecioná-la repetidas vezes.

“E depois de um certo número de tentativas, a tarefa muda para manter o rato constantemente envolvido, em vez de apenas encontrar uma estratégia e explorá-la repetidamente. Encontrámos subpopulações de neurónios nesta região específica do córtex frontal que parecem ficar mais interessados ​​na tarefa à medida que esta se torna cada vez mais incerta.”

Os pesquisadores estudaram o aprendizado para cada nível de incerteza em dias alternados e descobriram que durante os dias em que o córtex orbitofrontal estava inativado de forma generalizada, houve uma redução no desempenho. Os animais não foram capazes de acompanhar o valor da escolha de alta probabilidade ao longo do tempo, o que significa que não aprenderam bem sob uma incerteza crescente.

“Os ratos não faziam escolhas melhores com tanta frequência”, disse Romero-Sosa. “Também descobrimos que houve uma diminuição nas estratégias comportamentais adaptativas. Isto geralmente significa que se eu fizer uma escolha e isso me der uma recompensa, farei essa escolha novamente. Houve menos disso quando inativamos o córtex orbitofrontal, sugerindo que a inativação interfere na boa estratégia.”

“Os ratos tornam-se especialistas nisso à medida que o experimento avança, mas existe esse empurra-puxa, ou esse equilíbrio entre ser adaptável e ser preciso”, disse Izquierdo. “Se você quer ser flexível, não pode ser muito preciso e vice-versa. Esses experimentos estão nos mostrando que existe essa dinâmica entre ganhar experiência e ao mesmo tempo se adaptar à incerteza. A outra área do cérebro da qual obtivemos imagens, no córtex motor secundário (ou M2), por outro lado, essas células mostraram atividade preferencial à certeza, não à incerteza.”

Os antepassados ​​dos ratos e dos humanos evoluíram em ambientes onde a necessidade de adquirir conhecimentos tinha de ser equilibrada com a adaptação à incerteza, e os investigadores suspeitam que muitos animais também possuem neurónios preparados para condições de incerteza. Se as suas descobertas forem eventualmente confirmadas em humanos, os investigadores pensam que isso poderá abrir novos caminhos no tratamento direcionado das células que foram totalmente danificadas ou apenas menos funcionais em pessoas que lutam para se adaptar à incerteza. Isso pode incluir condições como transtornos de ansiedade, TEPT e demências.