A visão molda o comportamento e, segundo um novo estudo de neurocientistas do MIT, o comportamento e os estados internos também moldam a visão. A nova pesquisa, publicada em 25 de novembro na revista Neuron,  descobriu em ratos que, por meio de circuitos específicos, o centro de controle executivo do cérebro, o córtex pré-frontal, envia mensagens personalizadas para regiões que governam a visão e o movimento, garantindo que seu funcionamento seja moldado por contextos como o nível de excitação do rato e se ele está em movimento.

“Essa é a principal conclusão deste artigo: existem projeções direcionadas para um impacto direcionado”, afirma a autora sênior Mriganka Sur , professora Paul e Lilah Newton no Instituto Picower para Aprendizagem e Memória e no Departamento de Ciências Cerebrais e Cognitivas do MIT.

Neurocientistas, incluindo Earl K. Miller , colega de escritório de Sur no MIT, há muito sugerem que o córtex pré-frontal (CPF) influencia o funcionamento de regiões mais posteriores do córtex. O mapeamento de circuitos anatômicos corrobora essa ideia. Mas, no novo estudo, a autora principal e pós-doutoranda do Laboratório Sur, Sofie Ährlund-Richter, buscou determinar se o CPF emite um sinal genérico ou se personaliza a informação transmitida para diferentes regiões subsequentes. Ela também quis analisar de forma inovadora com quais neurônios o CPF se comunica e qual o impacto dessa informação no funcionamento dessas regiões.

A equipe de Ährlund-Richter e Sur descobriu diversas novas informações. Uma delas foi que as duas áreas pré-frontais em que se concentraram, o córtex orbitofrontal (ORB) e a área do cíngulo anterior (ACA), transmitem seletivamente informações sobre excitação e movimento para as duas regiões subsequentes estudadas, o córtex visual primário (VISp) e o córtex motor primário (MOp), para atingir objetivos distintos. Por exemplo, quanto mais excitado o rato estava, mais a ACA estimulava o VISp a refinar o foco da informação visual que representava, mas o ORB só entrava em ação se a excitação fosse muito alta, e mesmo assim sua entrada parecia reduzir a nitidez da codificação visual. Ährlund-Richter especula que, à medida que a excitação aumenta, a ACA pode ajudar o córtex visual a se concentrar em resolver o que pode ser relevante no que está sendo visto, enquanto o ORB pode estar suprimindo o foco em elementos distratores irrelevantes.

“Essas duas sub-regiões do córtex pré-frontal meio que se equilibram”, diz Ährlund-Richter. “Enquanto uma amplifica estímulos que podem ser mais incertos ou mais difíceis de detectar, a outra atenua estímulos fortes que podem ser irrelevantes.”

No estudo, Ährlund-Richter realizou mapeamentos anatômicos detalhados dos circuitos que a ACA e a ORB formam com o VISp e o MOp para mapear suas conexões. Em outros experimentos, camundongos podiam correr livremente em uma roda enquanto assistiam a imagens estruturadas ou filmes naturalistas com diferentes níveis de contraste. Às vezes, os camundongos recebiam pequenos jatos de ar que os deixavam mais excitados. Enquanto isso, os neurocientistas monitoravam a atividade dos neurônios na ACA, ORB, VISp e MOp. Em particular, eles interceptavam as informações que fluíam pelas projeções neurais (ou “axônios”) que se estendiam das regiões pré-frontais para as posteriores.

Os traçados anatômicos mostraram que, complementando alguns estudos anteriores, a ACA e a ORB se conectam a muitos tipos diferentes de células nas regiões-alvo, e não apenas a um único tipo celular. No entanto, fazem isso com geografias distintas. No VISp, por exemplo, a ACA se conectou à camada 6, enquanto a ORB se conectou à camada 5.

Em sua análise das informações transmitidas e da atividade neural, os cientistas puderam discernir diversas tendências. Os neurônios da ACA transmitiram mais informações visuais do que os neurônios da ORB e foram mais sensíveis a mudanças de contraste. Os neurônios da ACA também apresentaram correlação com o estado de alerta, enquanto os neurônios da ORB pareciam se importar apenas se o nível de alerta ultrapassasse um limiar elevado. Enquanto isso, ao "conversar" com o MOp, tanto a ACA quanto a ORB transmitiram informações sobre a velocidade de corrida, mas com o VISp, as regiões transmitiram apenas se o rato estava se movendo ou não. Finalmente, a ACA e a ORB também transmitiram o estado de alerta e uma pequena quantidade de informações visuais para o MOp.

Para entender o efeito desse fluxo de informações na função visual, os cientistas às vezes bloqueavam os circuitos que ACA e ORB formavam com VISp para observar como isso alterava o funcionamento dos neurônios de VISp. Foi assim que descobriram que ACA e ORB afetavam a codificação visual de maneiras específicas e opostas, dependendo do nível de excitação e do movimento do rato.

“Nossos dados apoiam um modelo de feedback do córtex pré-frontal que é especializado tanto no nível das sub-regiões do córtex pré-frontal 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 na Neuron .