Graças a uma resolução célula por célula nunca antes alcançada, este mapa cerebral questiona a visão hierárquica tradicional do processamento de informação no cérebro. Ele demonstra que o cérebro é capaz de coordenar numerosas regiões para processar simultaneamente diferentes estímulos externos, mas também de estabelecer previsões com base em experiências anteriores para tomar sua decisão. Estes resultados são objeto de dois artigos publicados na Nature.
Taxa de disparo dos neurónios em todo o cérebro durante um ensaio médio da tarefa de tomada de decisão, realizado no âmbito do estudo do IBL.
© Dan Birman. IBL
Lançado oficialmente em 2017, o IBL introduziu um novo modelo de colaboração em neurociências que partilha um conjunto padronizado de ferramentas e gestão de informações entre vários laboratórios, garantindo assim a reprodutibilidade dos dados. "Graças a esta colaboração de grande envergura, 21 laboratórios trabalharam em conjunto num mesmo modelo experimental para registar a atividade individual de mais de 650.000 neurónios distribuídos por 279 zonas do cérebro, ou seja, 95% do volume cerebral do rato", detalha Alexandre Pouget, professor ordinário no Departamento de Neurociências Fundamentais da Faculdade de Medicina da UNIGE e cofundador do IBL.
Existe uma comunicação constante entre as diferentes zonas do cérebro durante todo o processo de tomada de decisão.
Um cérebro iluminado como uma árvore de Natal
Os cientistas utilizaram sondas Neuropixels, um tipo particular de elétrodos, para registar simultaneamente a atividade neuronal e medir a atividade cerebral de ratos a realizar uma tarefa de tomada de decisão. Colocados em frente a um ecrã, eles tinham de mover uma pequena roda para a esquerda ou para a direita, na direção de uma luz que aparecia esporadicamente, para receber uma recompensa. Mas por vezes, a luz era tão fraca que o animal tinha de adivinhar para que direção girar a roda.
"O rato utiliza então a frequência com que a luz apareceu anteriormente à esquerda ou à direita para emitir suposições, o que nos permite estudar como a previsão baseada na experiência anterior influencia a perceção e a tomada de decisão", indica Alexandre Pouget. "E constatámos que quando está a decidir, o cérebro inteiro ilumina-se como uma árvore de Natal!".
Destas experiências nasceu um mapeamento extremamente detalhado do cérebro em situação de tomada de decisão, desde o início do processo até à obtenção da recompensa.
Duas descobertas maiores
As equipas de investigação fizeram então duas descobertas maiores. Primeiro, os sinais de tomada de decisão estão distribuídos por todo o cérebro. Eles não estão localizados apenas em certas regiões específicas, ao contrário do modelo comummente aceite de uma árvore de decisão hierárquica. "Existe uma comunicação constante entre as diferentes zonas do cérebro durante todo o processo de tomada de decisão", explica o investigador.
Além disso, as expectativas anteriores, ou seja, o que se pensa ser suscetível de acontecer com base em experiências prévias, estão codificadas em todo o cérebro, e não apenas nas zonas encarregadas da cognição. As partes do cérebro encarregadas do processamento de informações sensoriais ou aquelas que controlam as ações desempenham também um papel central na capacidade de antecipação do cérebro e, portanto, para guiar as respostas comportamentais.
Estas descobertas são importantes para compreender alguns transtornos neuropsiquiátricos como a esquizofrenia e o autismo, onde a gestão da antecipação e da recompensa parece funcionar mal.
"Tradicionalmente, as neurociências estudam as regiões do cérebro de forma isolada. O registo de todo o cérebro dá-nos agora a oportunidade de compreender como todas as peças se encaixam", salienta Kenneth Harris, professor de neurociências quantitativas na UCL e um dos membros-chave do IBL.
Agir por uma ciência aberta
Um dos princípios que governa o IBL é um compromisso para democratizar e acelerar a ciência, assim como para melhorar a reprodutibilidade dos dados. O mapa do cérebro aqui publicado está à disposição das equipas de todo o mundo, que já o exploram para numerosas investigações.
Além disso, todos os dados resultantes destes estudos, assim como as especificações detalhadas das ferramentas e protocolos utilizados para a recolha de dados estão livremente acessíveis à comunidade científica. Mais detalhes no site do IBL nas secções: Dados, Ferramentas, Protocolos.