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O estudo do MIT mostra como o cérebro é prendido para movimentos reactivos, reflexivos

Ao montar sua bicicleta à loja você pôde ter duas razões muito diferentes dirigir: reflexo velho liso quando algo dardo em seu trajecto, ou controle executivo quando você vir os sinais de rua que indicam a rota correcta.

Um estudo novo por mostras dos neurocientistas do MIT como o cérebro é prendido para ambos seguindo os circuitos específicos envolvidos e seu efeito em acções visualmente cued.

A pesquisa, publicada em comunicações da natureza, demonstra nos ratos que os neurônios na área anterior (ACC) do córtice pré-frontal, uma região do córtice do cingulate na parte dianteira do cérebro associado com as regras compreensivas e que executa os planos, conexões dos projectos em uma região evolutionarily mais velha chamaram o colliculus superior (SC).

O SC realiza os comandos básicos reactivos, encontrar chave reflexivo do estudo é que a finalidade das conexões do CRNA ao SC é ultrapassar o SC quando o controle executivo é necessário.

O CRNA fornece o controle inibitório desta estrutura antiga. Este controle inibitório é uma entidade dinâmica segundo a tarefa e suas regras. Isto é como um reflexo é modulado pelo controle cortical.”

Mriganka Sur, estuda o autor superior, professor de Newton da neurociência, do departamento do cérebro e de ciências cognitivas no MIT, do instituto de Picower para aprender e da memória

Autor principal Rafiq Huda, um professor adjunto da biologia celular e da neurociência na universidade de Rutgers e em um postdoc anterior no laboratório de Sur, adicionado que olhando circuitos específicos entre o CRNA e o SC e o córtice visual (VC), os pesquisadores poderiam resolver a incerteza sobre como o córtice regula umas regiões mais básicas do cérebro durante a tomada de decisão.

“Houve um debate em curso sobre o que fosse exactamente o papel do córtice em decisões sensorimotor,” Huda disse. “Nós podíamos dar algumas respostas olhando o nível de caminhos diferentes da projecção do CRNA, que não seriam possíveis olhando do CRNA imediatamente. Nosso trabalho fornece a evidência para a possibilidade que o controle inibitório de estruturas subcortical como o SC é um princípio unificador para como o CRNA, e o córtice pré-frontal geralmente, modulam o comportamento de tomada de decisão.”

Sentido e rotação

Para fazer seus resultados, a equipe seguiu primeiramente os circuitos que vão e fora do CRNA do VC e do SC, confirmando que o CRNA estava em uma posição principal para integrar e processar a informação sobre o que os ratos viram e que a fazer sobre ele. Durante todo o estudo, escolheram centrar-se sobre estas estruturas no lado esquerdo do cérebro.

Após o seguimento este o lado esquerdo ACC-SC e os circuitos de ACC-VC, a equipe treinaram então ratos para jogar um jogo de vídeo que exigisse a sensação (que vêem uma sugestão em um lado da tela ou no outro) e a acção (que gira um trackball para mover a sugestão).

Um grupo de ratos teve que mover a sugestão para dentro para o centro da tela. O outro grupo teve que mover a sugestão para fora para a borda da tela. Desta maneira, as sugestões poderiam estar de cada lado visualmente e os grupos diferentes de ratos tiveram que movê-los de acordo com regras diferentes.

Enquanto os ratos trabalharam, os cientistas observaram a actividade dos neurônios nas várias regiões para aprender como responderam durante cada tarefa. Então os pesquisadores manipularam a actividade dos neurônios usando o optogenetics, uma técnica em que as pilhas são projectadas genetically para se tornar verificáveis por flashes da luz.

Estas manipulações permitiram que os cientistas considerassem de como a actividade neural de inibição dentro e entre as regiões mudaria o comportamento.

Sob circunstâncias naturais, o SC dirigiria reflexivamente o movimento da cabeça do rato, por exemplo girando sobre um eixo para um estímulo para centrá-lo na vista. Mas os cientistas necessários para manter a cabeça para fazer ainda suas observações, assim que planejaram uma maneira para que os ratos dirijam o estímulo na tela com suas patas em um trackball. No papel, mostram que estas duas acções são equivalentes para que os ratos movam uma sugestão dentro de seu campo de visão.

Optogenetically que neutraliza os circuitos entre o CRNA e VC no lado esquerdo do cérebro mostrou que a conexão de ACC-VC era essencial para que os ratos processem sugestões no lado direito de seu campo de visão. Isto era ingualmente verdadeiro para ambos os grupos, apesar que da maneira foram supor para mover uma sugestão quando a viram.

As manipulações que envolvem o SC provaram especialmente a intriga.

No grupo de ratos que viram um estímulo à direita e foram supor para mover para dentro a sugestão para o meio da tela, quando os cientistas neutralizaram os neurônios dentro do SC esquerdo, encontraram que os ratos se esforçaram comparado aos ratos unmanipulated. Ou seja em condições normais, o SC esquerdo ajudou a mover um estímulo no lado direito no meio do campo de visão.

Quando os cientistas neutralizaram pelo contrário a entrada do CRNA ao SC, os ratos fizeram a tarefa correctamente mais frequentemente do que ratos unmanipulated. Quando os mesmos ratos viram um estímulo à esquerda e tiveram que o mover para dentro, fizeram o erro da tarefa mais frequentemente.

O trabalho de entradas do CRNA, pareceu, foi ultrapassar a inclinação do SC. Quando essa ultrapassagem era deficiente, a preferência do SC para mover uma sugestão do righthand no meio era não-verificado. Mas a capacidade do rato para mover um estímulo da mão esquerda para o meio foi minada.

“Aqueles resultados sugerem que o SC e o caminho de ACC-SC facilitem oposto às acções,” os autores escreveram. “Importante estes resultados igualmente sugerem que o caminho de ACC-SC faça assim modulando a polarização de resposta inata do SC.”

Os cientistas igualmente testaram o efeito da inactivação de ACC-SC no segundo grupo de ratos, cujo o trabalho era mover para fora a sugestão. Lá viram que a inactivação aumentou respostas incorrectas em experimentações direitas da sugestão.

Este resultado faz o sentido no contexto das regras que ultrapassam o reflexo. Se o reflexo entranhado no SC do esquerdo-cérebro é trazer uma sugestão do righthand no meio do campo de visão (girando sobre um eixo o direito principal), a seguir somente uma ultrapassagem de funcionamento de ACC-SC poderia obrigá-lo para mover com sucesso mais a sugestão para a direita, e conseqüentemente mais para a periferia do campo de visão, quando a regra da tarefa o exigiu.

Sur disse que os resultados acentuam a importância do córtice pré-frontal (neste caso, especificamente o CRNA) em dotar mamíferos com a inteligência seguir regras um pouco do que reflexos quando necessários. Igualmente sugere que os deficits ou ferimento desenvolvente no CRNA poderiam contribuir às desordens psiquiátricas.

“Compreendendo o papel do córtice pré-frontal, ou mesmo um segmento, é crucial a compreender como o controle executivo pode ser desenvolvido, ou pode não se tornam, sob circunstâncias da deficiência orgânica,” Sur disse.

Source:
Journal reference:

Huda, R., et al. (2020) Distinct prefrontal top-down circuits differentially modulate sensorimotor behavior. Nature Communications. doi.org/10.1038/s41467-020-19772-z.