A Nova Fronteira da Percepção: O Ruler Interno do Cérebro
Como os neurônios em camundongos utilizam sinais dos bigodes para mapear o espaço ao seu redor
Explorando o Espaço com Precisão
Quando você atravessa um quarto desconhecido no escuro, é comum passar as mãos ao redor, tentando entender o espaço. No entanto, muitos animais têm essa habilidade de forma mais intuitiva. Um exemplo notável é o camundongo, que consegue navegar eficientemente na escuridão apenas grazando seus bigodes contra paredes e outros obstáculos.
Recentemente, Fan Wang, professora de ciências cerebrais e cognitivas e pesquisadora do McGovern Institute for Brain Research no MIT, fez uma descoberta fascinante: como neurônios no tronco cerebral dos camundongos usam sinais dos bigodes sensíveis ao toque para estimar a distância de objetos em relação ao rosto.
Os achados de Wang e sua equipe, publicados na revista Neuron em 25 de junho, desbloqueiam circuitos fundamentais que o cérebro utiliza para representar o espaço imediatamente ao redor do corpo. A pesquisa revelou um circuito que é parte do sistema do cérebro para criar um mapa egocêntrico do espaço – ou seja, entender onde estão as coisas em relação ao próprio corpo. Neurocientistas já sabem que o cérebro utiliza circuitos especializados para entender o espaço dessa maneira, que são diferentes daquele usado para mapear usando pontos de referência externos.
O Espaço Pessoal e Seus Mistérios
Wang e sua equipe exploraram como o cérebro mapeia o espaço mais próximo do corpo, conhecido como espaço peripessoal. Este espaço é crítico para o movimento, pois é vital que entendamos onde as coisas estão em relação ao nosso corpo para alcançar, evitar perigos e interagir de forma eficaz com o ambiente. Os bigodes dos camundongos são modelos ideais para investigar essa compreensão, já que funcionam como uma régua natural que define distâncias.
Com a variação de comprimento, os bigodes são movimentados para frente e para trás enquanto os animais exploram seu ambiente. Conforme os bigodes se curvam e vibram, as sensações mecânicas são transmitidas ao cérebro por meio de neurônios sensoriais na base deles. Estes neurônios disparam mais quando um bigode se curva próximo ao rosto do que em resposta a um toque na ponta do bigode, comunicando informações sobre a proximidade do toque.
A Compreensão das Distâncias: Uma Década de Estudo
A equipe de Wang queria descobrir se o cérebro usa esses sinais para criar uma representação interna de distâncias mais precisa do que simplesmente "perto" ou "longe". Para isso, o estudante de graduação Wenxi Xiao e o cientista de pesquisa Kyle Severson monitoraram a atividade neural em uma pequena região de processamento sensorial no tronco cerebral, onde os sinais táteis dos bigodes chegam pela primeira vez ao cérebro. Eles estudaram o que acontecia ali enquanto os camundongos caminhavam em uma esteira, enquanto seus bigodes tocavam em uma parede que passava a diferentes distâncias.
Muitos neurônios nessa região mostraram-se sensíveis à curvatura do bigode provocada pela parede. Alguns se comportaram de uma maneira semelhante aos neurônios sensoriais de onde recebiam informações, disparando mais quando a parede estava mais próxima do rosto, funcionando como um código de distância baseado na proximidade. Outros neurônios, no entanto, estavam ajustados a distâncias discretas, disparando apenas quando a distância da parede tocada pelos bigodes estava dentro de uma faixa específica.
Esses descobrimentos revelam que cada neurônio representa uma distância específica, e juntos formam um código de mapa que abrange toda a gama alcançada pelo bigode mais longo. Essa nova compreensão é chamada de mapa código.
A Inovação no Cálculo de Distâncias
A equipe de Wang também investigou como o cérebro converte sinais de proximidade de diferentes bigodes em um mapa de distância preciso em relação à cabeça. "Você não pode simplesmente ouvir os neurônios de bigodes individuais, porque um toque na ponta de um bigode curto poderia estar no meio de um bigode longo. Você precisa de um circuito cerebral para construir um mapa de distância unificado", diz Wang.
Através de modelagem computacional e experimentos com manipulações específicas nos sinais neurais, a equipe demonstrou como as distâncias podem ser calculadas comparando entradas a partir de diferentes neurônios sensoriais. Os resultados sugerem que cada neurônio no tronco cerebral que compõe o mapa código recebe inputs excitatórios diretos de neurônios sensíveis à proximidade e inputs inibitórios de neurônios ativados por sinais de toque dos bigodes.
A pesquisa de Wang abre nova fronteira na investigação de como o cérebro mapeia o espaço e possui implicações vastas para a compreensão da interação entre a percepção tátil e o comportamento motor. Ela expressa o desejo de explorar como o código de mapa egocêntrico que sua equipe descobriu se integra a outros sistemas cerebrais para guiar movimentos, interações sociais e outros comportamentos.
Este estudo foi financiado por bolsas do National Institutes of Health.