20 neurônios escolhidos podem provocar movimentos aprendidos em camundongos

Estimular cerca de 20 neurônios cuidadosamente selecionados foi suficiente para desencadear, em camundongos, um padrão de atividade cerebral associado a um movimento aprendido. Em muitas tentativas, os animais também executaram um movimento semelhante ao que haviam treinado. O resultado aparece em um estudo publicado na revista Nature.

O experimento não encontrou um botão capaz de controlar qualquer ação. Os pesquisadores precisaram escolher células específicas, e a resposta dependia tanto do estado inicial do cérebro quanto de o animal estar envolvido na tarefa. É justamente essa combinação que ajuda a explicar o que os 20 neurônios fizeram.

O movimento era uma tarefa que o animal já tinha aprendido

A equipe da Universidade da Califórnia em San Diego estudou camundongos treinados para pressionar uma alavanca. Enquanto os animais praticavam a tarefa, os cientistas acompanharam a atividade de células no córtex motor primário, uma região cerebral envolvida no planejamento e na execução de movimentos.

Ao aprender uma habilidade, o cérebro não passa a usar uma única célula como se fosse um interruptor isolado. Um conjunto de neurônios apresenta uma sequência de atividade que se repete durante a ação. A dúvida investigada era se essa atividade no córtex motor ajudava a gerar o movimento ou se aparecia apenas como consequência de comandos originados em outras regiões.

Para testar a hipótese, não bastava observar quais células se acendiam. Era necessário ativá-las artificialmente e verificar o efeito no restante da rede e no comportamento do animal. Esse é o salto entre encontrar uma correlação e investigar uma relação causal.

Como os pesquisadores escolheram os 20 neurônios

O estudo reuniu duas técnicas ópticas. A primeira foi a imagem de cálcio com microscopia de dois fótons, usada para acompanhar sinais relacionados à atividade de neurônios individuais enquanto os camundongos executavam a tarefa. O laboratório explica que essa abordagem permite monitorar populações de células em animais acordados, durante o comportamento em sua descrição dos métodos de pesquisa.

A segunda técnica foi a optogenética holográfica. Na optogenética, determinadas células recebem proteínas sensíveis à luz; com a iluminação apropriada, os pesquisadores podem estimular sua atividade. A abordagem holográfica distribui essa luz em pontos escolhidos, permitindo atingir um conjunto definido de neurônios em vez de iluminar indiscriminadamente toda a região.

A equipe procurou as células cuja atividade começava antes do início do movimento voluntário. Depois, estimulou de forma breve e sincronizada cerca de 20 dessas células. Segundo o relato da UC San Diego, a estimulação podia fazer surgir tanto o padrão neuronal associado à tarefa quanto, em muitas tentativas, o movimento aprendido.

Não foram 20 neurônios escolhidos ao acaso. O momento em que cada célula normalmente ficava ativa foi um dos critérios decisivos.

Os 20 neurônios não executam o movimento sozinhos

O número é impressionante, mas não significa que uma habilidade motora inteira esteja guardada em apenas 20 células. As células estimuladas funcionaram como uma entrada capaz de desencadear atividade em uma população maior de neurônios, atividade que os pesquisadores também registraram.

Uma forma de ler o resultado é separar três etapas: os cientistas identificaram um grupo pequeno que se ativava cedo, aplicaram luz nesse grupo e observaram a resposta de outras células e do animal. O estudo demonstra que uma intervenção pequena pode ter consequências muito mais amplas. Não determina que todas as conexões responsáveis por esse efeito já foram mapeadas.

O artigo da Nature apresenta um contraste importante: estimular grupos de neurônios que normalmente começavam a agir depois do início do movimento não provocou a mesma resposta aprendida. O efeito não dependia simplesmente de iluminar algumas células do córtex motor. Importava quais células recebiam o estímulo.

O mesmo estímulo não funciona em qualquer contexto

Existe uma condição que impede uma leitura exagerada da descoberta. Quando os camundongos não estavam envolvidos na tarefa, a estimulação não conseguiu desencadear nem o movimento aprendido nem o padrão cerebral correspondente, de acordo com o resumo científico da Nature.

Mesmo quando o animal participava da tarefa, os resultados variavam entre tentativas. A equipe observou que o estado de atividade do córtex motor antes da estimulação ajudava a prever essa variação. Em outras palavras, atingir os neurônios certos não garantia a mesma resposta toda vez.

Em alguns testes, a estimulação reproduziu a atividade neuronal aprendida sem que o movimento acontecesse. Esse detalhe também é revelador: produzir o padrão cerebral e produzir a ação são resultados relacionados, mas não equivalentes.

O experimento, portanto, aponta para uma relação de causa e efeito condicionada pelo estado da rede. A estimulação pode iniciar um processo quando o circuito está preparado para responder; não impõe um movimento independentemente do contexto.

Isso já permite controlar movimentos em pessoas?

Não. Os testes foram feitos em camundongos, com uma tarefa específica de pressionar uma alavanca e técnicas de laboratório para registrar e estimular células escolhidas. O trabalho não demonstra controle de movimentos humanos, recuperação de pacientes com paralisia nem um tratamento disponível.

Os pesquisadores consideram que entender esses circuitos poderá contribuir, no futuro, para estudos de interfaces cérebro-computador e reabilitação, como informa a UC San Diego. Mas essa é uma perspectiva de pesquisa, não uma aplicação clínica testada neste experimento.

O avanço mais concreto está na pergunta que agora pode ser investigada com maior precisão: quais células ajudam a iniciar uma habilidade aprendida e em que condições o restante do circuito acompanha esse comando? O estudo mostrou que uma pequena estimulação pode ser suficiente em certas circunstâncias, mas também demonstrou por que essas circunstâncias não podem ser ignoradas.