Rapid spatial cognition in mice, with and without neocortex and hippocampus
Este estudo demonstra que camundongos destituídos tanto do neocórtex quanto do hipocampo podem aprender, generalizar e reter rapidamente tarefas complexas de navegação espacial 3D, indicando que essas habilidades cognitivas sofisticadas não dependem estritamente dessas estruturas cerebrais.
Artigo original sob licença CC BY 4.0 (https://creativecommons.org/licenses/by/4.0/). Esta é uma explicação gerada por IA de um preprint que não foi revisado por pares. Não é aconselhamento médico. Não tome decisões de saúde com base neste conteúdo. Ler aviso legal completo
Para entender como um animal aprende a se orientar em um novo mundo, cientistas há muito tempo focam em duas partes específicas do cérebro: o hipocampo e o neocórtex. O hipocampo é frequentemente considerado o cartógrafo interno do cérebro, ajudando as criaturas a lembrar onde estiveram e para onde precisam ir. O neocórtex, a camada mais externa do cérebro, acredita-se que lida com o pensamento complexo, permitindo que os animais compreendam regras e se adaptem a novas situações. Por décadas, a visão predominante foi a de que o aprendizado rápido — a capacidade de resolver um problema após apenas algumas tentativas — exige essas duas estruturas sofisticadas. Se um animal carecesse delas, a suposição era que ele ficaria preso em um ciclo de tentativa e erro, incapaz de formar uma imagem mental de seus arredores ou de lembrar um caminho bem-sucedido. Essa ideia moldou nossa compreensão da inteligência, sugerindo que o pensamento rápido é um luxo de cérebros complexos.
No entanto, um novo estudo desafia essa crença de longa data ao fazer uma pergunta simples: o que acontece quando você remove as próprias partes que pensamos serem essenciais para o aprendizado? Pesquisadores do Instituto de Tecnologia da Califórnia projetaram um labirinto tridimensional complexo para camundongos navegarem, uma estrutura que se assemelha a uma grade de ruas de uma cidade, mas empilhada em camadas. Eles então testaram camundongos que nasceram sem o neocórtex ou o hipocampo. Esses animais, conhecidos como camundongos acorticais, possuem apenas as partes mais antigas e profundas do cérebro. O objetivo era ver se esses camundongos poderiam aprender o labirinto, lembrar a solução e aplicar o que aprenderam a novas versões do enigma. As descobertas revelam que a capacidade do cérebro de aprender rapidamente não depende estritamente das estruturas que antes considerávamos indispensáveis.
Os pesquisadores construíram um labirinto chamado Manhattan Maze, um labirinto reconfigurável feito de duas camadas de corredores. Imagine uma grade de túneis horizontais na parte inferior e uma grade correspondente de túneis verticais no topo, separados por uma folha de plástico com furos. Ao trocar essa folha, os pesquisadores podiam instantaneamente mudar quais túneis estavam conectados, criando milhares de layouts únicos sem mover o labirinto físico. Os camundongos começaram com uma versão simples para aprender que recompensas de água estavam disponíveis em dois portos específicos, um na extremidade "casa" e outro na extremidade "fora". Eles tinham que correr de um lado para o outro entre esses portos para beber. Assim que dominaram essa rotina básica, os pesquisadores introduziram-nos a um labirinto complexo com um caminho longo e sinuoso que exigia nove curvas corretas para alcançar a recompensa.
Camundongos normais aprenderam esse caminho de forma notavelmente rápida. Em apenas algumas horas e após apenas algumas recompensas, eles pararam de vagar sem rumo e começaram a seguir rotas diretas. Eles não apenas memorizaram uma única sequência de curvas; aprenderam uma regra geral sobre como seguir em frente sem retroceder, uma habilidade que puderam aplicar a novos layouts de labirinto no dia seguinte. Eles também demonstraram capacidade de lembrar a solução por semanas. Mais surpreendentemente, conseguiram identificar qual ponto de decisão específico no labirinto era o mais importante, mesmo que essa decisão estivesse longe da recompensa, tanto no espaço quanto no tempo. Essa capacidade de atribuir crédito a uma escolha distante é uma marca do aprendizado sofisticado.
Os pesquisadores voltaram então sua atenção para os camundongos que careciam de neocórtex e hipocampo. A princípio, esses animais tiveram dificuldades. Eles exploraram o labirinto de forma ineficiente, correndo de um lado para o outro nos mesmos corredores e levando muito mais tempo para encontrar a água do que seus equivalentes normais. Pareciam incapazes de construir um mapa mental do espaço durante sua exploração inicial. No entanto, uma vez que finalmente encontraram uma recompensa e começaram a aprender, algo surpreendente aconteceu. Os camundongos acorticais melhoraram tão rapidamente quanto os camundongos normais. Aprenderam a tomar rotas diretas, lembraram o caminho por dias e até semanas, e conseguiram generalizar seu conhecimento para novos layouts de labirinto. Eles até conseguiram identificar os pontos de decisão críticos no labirinto complexo, mostrando que podiam atribuir valor a uma escolha feita longe da recompensa.
O estudo sugere que o atraso nos camundongos acorticais não foi uma falha de aprendizado, mas uma falha de exploração. Sem as estruturas cerebrais superiores, eles eram menos eficientes em coletar informações sobre o labirinto antes de encontrar uma recompensa. Mas, uma vez que obtiveram essa primeira peça de informação, seus circuitos cerebrais restantes eram plenamente capazes de processá-la, formar uma memória e usá-la para navegar. Os pesquisadores utilizaram simulações computacionais para testar como diferentes algoritmos de aprendizado poderiam explicar esse comportamento. Eles descobriram que um modelo baseado na construção de um mapa do ambiente poderia explicar o sucesso rápido dos camundongos, enquanto um modelo baseado puramente em reforço de tentativa e erro não poderia. Isso apoia a ideia de que o cérebro subcortical, a parte mais antiga do cérebro, é capaz de construir um mapa cognitivo e aprender com pouquíssimas experiências.
Esta descoberta remodela nossa compreensão de onde reside a inteligência no cérebro. Ela mostra que a capacidade de aprender rapidamente, lembrar um caminho e se adaptar a novas situações não é o domínio exclusivo do neocórtex e do hipocampo. Essas funções podem emergir das partes mais profundas e antigas do cérebro, desde que o animal tenha a oportunidade de explorar e encontrar uma recompensa. O estudo não afirma que o neocórtex e o hipocampo são inúteis; pelo contrário, sugere que seu papel principal neste contexto pode ser facilitar a exploração inicial e a organização da informação, em vez de serem a sede única do próprio aprendizado. A capacidade do cérebro para o aprendizado espacial rápido parece ser um traço mais fundamental e generalizado do que se pensava anteriormente, residindo em circuitos que existiam muito antes da evolução das camadas complexas do cérebro mamífero.
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