Morcegos usam as mesmas células cerebrais para mapear mundos físicos e sociais | Revista Quanta

Um morcego frugívoro pendurado no canto de uma caverna se agita; está pronto para se mover. Ele examina o espaço em busca de um poleiro livre e então levanta voo, ajustando suas asas membranosas para se aproximar de um ponto próximo a um de seus companheiros felpudos. Ao fazer isso, os dados neurológicos retirados do seu cérebro são transmitidos para sensores instalados nas paredes da caverna.

Esta não é uma caverna agradável ao longo do Mar Mediterrâneo. O grupo de morcegos frugívoros egípcios está em Berkeley, Califórnia, navegando em uma caverna artificial em um laboratório que os pesquisadores montaram para estudar o funcionamento interno da mente dos animais.

Os investigadores tiveram uma ideia: à medida que um morcego navega no seu ambiente físico, também navega numa rede de relações sociais. Eles queriam saber se os morcegos usam as mesmas ou diferentes partes do cérebro para mapear essas realidades que se cruzam.

Em um novo estudo publicado em Natureza em agosto, os cientistas revelaram que estes mapas se sobrepõem. As células cerebrais que informam um morcego sobre a sua própria localização também codificam detalhes sobre outros morcegos próximos – não apenas a sua localização, mas também as suas identidades. As descobertas levantam a intrigante possibilidade de que a evolução possa programar esses neurônios para múltiplos propósitos para atender às necessidades de diferentes espécies.

Os neurônios em questão estão localizados no hipocampo, uma estrutura nas profundezas do cérebro dos mamíferos que está envolvida na criação de memórias de longo prazo. Acredita-se que uma população especial de neurônios do hipocampo, conhecida como células locais, crie um sistema de navegação interno. Identificada pela primeira vez no hipocampo do rato em 1971 pelo neurocientista John O'Keefe, as células do local disparam quando um animal está em um determinado local; células de locais diferentes codificam locais diferentes. Este sistema ajuda os animais a determinar onde estão, para onde precisam ir e como chegar daqui até ali. Em 2014, O'Keefe foi agraciado com o Prêmio Nobel por sua descoberta de células locais, e nas últimas décadas elas foram identificadas em várias espécies de primatas, incluindo humanos.

No entanto, mover-se de um lugar para outro não é a única maneira de um animal experimentar uma mudança no seu entorno. Na sua casa, as paredes e os móveis permanecem praticamente os mesmos no dia a dia, disse Michael Yartsev, que estuda as bases neurais do comportamento natural na Universidade da Califórnia, Berkeley e co-liderou o novo trabalho. Mas o contexto social do seu espaço residencial pode mudar com bastante regularidade.

“Se as pessoas entram, elas se movimentam, interagem”, disse Yartsev. A localização dessas pessoas e a natureza do seu relacionamento com cada indivíduo influenciam a maneira como você se moverá no espaço. “O ambiente espacial é muito dinâmico, mas não porque as paredes estejam se movendo”, disse ele.

Yartsev pensava que, como o ambiente social é uma característica em constante mudança do ambiente físico, as informações sobre ele poderiam ser codificadas em células locais. Mas nenhum teste directo tinha sido realizado num ambiente altamente social, como numa colónia de morcegos frugívoros.

“Este aspecto particular [do meio ambiente], que é tão inerente a todas as nossas vidas, nunca tinha sido estudado antes”, disse Yartsev.

Para obter informações sobre como o cérebro pode navegar no ambiente social, Yartsev e seu colega de pós-doutorado Angelo Forli olharam para morcegos frugívoros egípcios, que já haviam usado em estudos sobre a fiação de navegação do cérebro.

No laboratório de Yartsev, eles construíram uma caverna artificial: uma sala de vôo do tamanho de uma sala de estar, projetada para medir a atividade cerebral dos morcegos enquanto monitoravam seu comportamento. Cinco a sete morcegos por vez voavam livremente pela sala, que era forrada com espuma amortecedora de som e equipada com poleiros e frutas para comer. Para acompanhar os movimentos precisos em 3D dos morcegos, os pesquisadores equiparam coleiras com acelerômetros e etiquetas móveis – modificadas de sistemas usados ​​para rastrear pacotes dentro de armazéns – que se comunicavam com sensores instalados nas paredes da sala. A equipe também implantou pequenos eletrodos nos cérebros dos morcegos para registrar, sem fio, os neurônios do hipocampo disparando enquanto os animais voavam ao redor de seu recinto e interagiam entre si.

Os investigadores colocaram todo este esforço elaborado na sua configuração experimental para que pudessem investigar as interações sociais espontâneas dos morcegos, que seriam presumivelmente semelhantes às vividas na natureza. Isso significava deixar os morcegos por conta própria, sem a interferência humana.

“A ideia era apenas tirar os humanos da sala”, disse Yartsev, e deixar os morcegos fazerem o que normalmente fazem.

Como esperado, as células de localização de um determinado morcego mudaram sua atividade com base na localização do morcego na caverna. Certas células locais disparavam com mais frequência quando o morcego estava em um determinado local, enquanto outras aumentavam seus disparos quando o morcego estava em outro lugar.

A presença ou ausência de outros morcegos também influenciou o disparo dos neurônios. Quando um morcego ia pousar, as células locais se comportavam de maneira diferente dependendo se havia um companheiro de dormitório no local de pouso. Além do mais, os neurônios pareciam codificar a identidade de morcegos específicos, distinguindo amigos de conhecidos. Se um morcego pousasse perto de um contacto social próximo, os neurónios comportavam-se de forma diferente do que se pousasse perto de um morcego com quem não passasse muito tempo.

Em suma, o sistema de navegação dos morcegos parecia cumprir uma função dupla como mapa social. Os mamíferos não estavam apenas se movimentando pela casa – eles também usavam exatamente as mesmas células cerebrais para rastrear quem estava no local.

“[Os pesquisadores] arrasam no que diz respeito ao estudo da neurociência de um comportamento natural”, disse o neurocientista comportamental Andy Alexandre da Universidade da Califórnia, Santa Bárbara, que não esteve envolvido no estudo.

A descoberta imediatamente suscitou questões sobre se esta reutilização de células locais do hipocampo se aplica além dos morcegos frugívoros egípcios na evolução do cérebro social. O hipocampo é uma estrutura cerebral antiga: é altamente conservado entre mamíferos com diversos estilos de vida e graus de sociabilidade, desde ornitorrincos em grande parte solitários até pessoas altamente comunitárias. É possível que o sistema de navegação do hipocampo registe o ambiente social de forma semelhante entre espécies. No entanto, é igualmente possível que o circuito local tenha desenvolvido esse duplo propósito apenas no morcego frugívoro egípcio. Somente pesquisas adicionais poderão preencher as lacunas.

As descobertas vão além do mapa social. Eles também se enquadram no conceito de seletividade mista, disse Alexander: a ideia de que é mais eficiente do ponto de vista computacional para neurônios individuais codificarem múltiplas características do ambiente.

Nesse sentido, disse Forli, o hipocampo pode ser como uma poderosa placa gráfica em um computador, que pode ter muitos usos, desde renderizar gráficos para videogames até realizar cálculos de aprendizado de máquina. O hipocampo pode ser ótimo em determinados tipos de cálculos e pode ter a capacidade de ser modificado ou programado pela evolução.

“Classicamente pensamos no hipocampo como tendo essas células [de lugar] que codificam locais específicos no espaço”, disse Alexander. “Mas acho que cada vez mais estamos descobrindo que ele é, na verdade, altamente adaptável e flexível, e que o hipocampo irá codificar para todo tipo de coisa, dependendo do que você apresentar a ele.”

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