Cientistas descobrem um circuito cerebral oculto que reescreve a visão

“Essa é a principal conclusão deste artigo: existem projeções direcionadas para o impacto direcionado”, disse o autor sênior Mriganka Sur, professor Paul e Lilah Newton no Instituto Picower de Aprendizagem e Memória e no Departamento de Cérebro e Ciências Cognitivas do MIT.

Investigando sinais pré-frontais personalizados

Os cientistas há muito propõem, incluindo Earl K. Miller, colega de Sur, no MIT, que o córtex pré-frontal pode guiar a atividade de áreas mais posteriores do cérebro. Embora as evidências anatómicas tenham apoiado esta ideia, o objetivo do novo estudo era determinar se o córtex pré-frontal envia um tipo amplo de sinal ou, em vez disso, cria mensagens distintas para diferentes regiões-alvo. A autora principal e pesquisadora de pós-doutorado do Sur Lab, Sofie Ährlund-Richter, também procurou identificar quais neurônios específicos recebem esses sinais e como a comunicação influencia o processamento downstream.

Diferentes regiões pré-frontais desempenham funções diferentes

A equipe identificou uma série de novos insights. Descobriu-se que duas áreas no córtex pré-frontal, o córtex orbitofrontal (ORB) e a área cingulada anterior (ACA), transmitem informações sobre a excitação e o movimento para duas outras regiões: o córtex visual primário (VISp) e o córtex motor primário (MOp). Estas mensagens parecem ter efeitos únicos. Por exemplo, uma maior excitação aumentou a tendência da ACA de ajudar o VISp a aguçar as suas representações visuais. ORB, no entanto, tornou-se influente apenas quando a excitação era muito elevada e o seu envolvimento parecia diminuir a clareza da codificação visual. De acordo com Ährlund-Richter, o ACA pode ajudar o cérebro a se concentrar em detalhes visuais potencialmente significativos à medida que a excitação aumenta, enquanto o ORB pode atuar para reduzir a atenção a estímulos perturbadores ou excessivamente fortes.

“Essas duas sub-regiões do PFC estão se equilibrando”, disse Ährlund-Richter. “Embora um melhore estímulos que podem ser mais incertos ou mais difíceis de detectar, o outro tipo de atenua estímulos fortes que podem ser irrelevantes.”

Mapeamento e monitoramento de circuitos cerebrais

Para entender melhor as vias envolvidas, Ährlund-Richter realizou traçado anatômico detalhado das conexões entre ACA e ORB com VISp e MOp. Em experimentos adicionais, os ratos correram livremente em uma roda enquanto visualizavam imagens estruturadas ou filmes naturalistas em diferentes níveis de contraste. Em determinados momentos, pequenas baforadas de ar aumentaram o nível de excitação dos animais. Ao longo destas tarefas, os investigadores registaram a atividade dos neurónios em ACA, ORB, VISp e MOp, com especial atenção aos sinais que viajam ao longo dos axónios que ligam as áreas pré-frontal e posterior.

O trabalho de rastreamento mostrou que ACA e ORB se comunicam cada um com uma variedade de tipos de células em suas regiões alvo, em vez de com uma única classe de células. Eles também se conectam em padrões espaciais distintos. No VISp, o ACA tinha como alvo principal a camada 6, enquanto o ORB se comunicava principalmente com a camada 5.

Como a excitação e o movimento mudam o processamento visual

Quando a equipe examinou as informações transmitidas e a atividade neural, surgiram vários padrões consistentes. Os neurônios ACA transmitiram informações visuais mais detalhadas do que os neurônios ORB e responderam melhor às mudanças de contraste. A atividade do ACA também acompanhou de perto o nível de excitação, enquanto o ORB respondeu apenas quando a excitação atingiu um limiar alto. Ao sinalizar para o MOp, ambas as regiões transmitiram informações sobre a velocidade de corrida. Ao sinalizar para o VISp, porém, eles apenas indicavam se o mouse estava em movimento ou parado. As duas regiões pré-frontais também transportavam informações sobre a excitação e uma pequena quantidade de detalhes visuais para o MOp.

Para ver como esta comunicação afeta o processamento visual, os pesquisadores bloquearam temporariamente os caminhos que vão do ACA e ORB ao VISp. Isso permitiu medir como os neurônios VISp responderam sem essas entradas. Eles descobriram que o ACA e o ORB exerciam efeitos específicos e opostos na codificação visual, dependendo do movimento e do nível de excitação do mouse.

Um modelo especializado de feedback pré-frontal

“Nossos dados apoiam um modelo de feedback do PFC que é especializado tanto no nível das sub-regiões do PFC quanto em seus alvos, permitindo que cada região molde seletivamente a atividade cortical específica do alvo, em vez de modulá-la globalmente”, escreveram os autores em Neurônio.

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, pelos Institutos Nacionais de Saúde e pela Fundação Freedom Together.