Strategy-dependent causal relationships between large-scale cortical activity and perceptual decisions

Todos os dias, um animal enfrenta uma questão simples, mas crítica: para que lado devo ir? Para responder a isso, ele deve reunir pistas do mundo ao seu redor, pesá-las contra o que aprendeu e tomar uma decisão. Por décadas, cientistas que estudam essas decisões frequentemente assumiram que o cérebro opera como uma máquina única e constante, processando informações da mesma maneira toda vez que uma escolha é feita. Mas, na realidade, a mente é muito mais fluida. Assim como uma pessoa pode às vezes focar intensamente em um quebra-cabeça e outras vezes confiar em um palpite ou em um hábito, os animais alternam entre diferentes estratégias internas para resolver o mesmo problema. Às vezes, eles seguem as evidências cuidadosamente; outras vezes, caem em um padrão de favorecer um lado sobre o outro, independentemente das pistas. A grande questão tem sido: o cérebro muda sua fiação para suportar esses diferentes modos de pensamento e, se sim, quais partes do cérebro são responsáveis por manter o animal no caminho certo?

Uma equipe de pesquisadores propôs-se a mapear esse cenário oculto da tomada de decisão no cérebro de um camundongo. Eles voltaram sua atenção para uma tarefa específica onde os camundongos navegam em um labirinto virtual em forma de T. Enquanto os camundongos correm para frente, eles veem uma série de torres visuais aparecendo de um lado ou do outro do caminho. O objetivo é simples: lembrar em qual lado havia mais torres e virar em direção a elas para obter uma recompensa. Os pesquisadores coletaram dados de dezenas de camundongos, observando-os realizar essa tarefa ao longo de milhares de tentativas. Para entender como o cérebro funciona, eles não apenas observaram os camundongos; eles também usaram uma técnica chamada optogenética. Este método permite que os cientistas silenciem temporariamente grupos específicos de células cerebrais com um flash de luz, efetivamente desligando um interruptor no cérebro para ver o que acontece quando aquela parte para de funcionar. Ao combinar essas interrupções baseadas em luz com registros da atividade cerebral, a equipe pôde testar como diferentes regiões do cérebro contribuem para o processo de tomada de decisão.

O primeiro passo foi descobrir que tipo de pensamento os camundongos estavam tendo em qualquer momento dado. Os pesquisadores analisaram as escolhas que os camundongos faziam quando não estavam sendo interrompidos pela luz. Eles descobriram que os camundongos não estavam usando apenas uma estratégia fixa. Em vez disso, eles oscilavam entre três estados mentais distintos. No primeiro estado, os camundongos estavam totalmente engajados, prestando muita atenção às torres e deixando que as evidências guiassem sua escolha. Nos outros dois estados, os camundongos estavam desengajados. Nesses momentos, eles ignoravam amplamente as torres e, em vez disso, desenvolviam um forte hábito de virar para a esquerda ou para a direita, independentemente do que viam. Esses estados não eram fugazes; uma vez que um camundongo entrava em um deles, tendia a permanecer lá por muitos turnos seguidos, às vezes por mais de trinta tentativas. Essa descoberta confirmou que o cérebro não apenas processa dados; ele adota diferentes modos de operação que persistem ao longo do tempo.

Com esses três estados identificados, os pesquisadores perguntaram então o que acontecia quando silenciavam diferentes partes do cérebro. Eles visaram dezenas de locais através da superfície superior do cérebro, conhecida como córtex, e observaram como as escolhas dos camundongos mudavam. Os resultados foram impressionantes e dependiam inteiramente do estado mental em que o camundongo se encontrava. Quando um camundongo estava no estado engajado, orientado por evidências, silenciar a parte frontal do cérebro fazia com que ele perdesse o foco. O camundongo parava de ouvir as torres e começava a adivinhar, muitas vezes desenvolvendo um forte viés para um dos lados. No entanto, quando o camundongo já estava em um estado desengajado e enviesado, silenciar a mesma parte frontal do cérebro tinha o efeito oposto. Isso na verdade reduzia a tendência pré-existente do camundongo de favorecer um lado, tornando o viés menos extremo. Esse resultado paradoxal mostrou que a parte frontal do cérebro atua como um centro de controle que é essencial para manter o foco quando o animal está tentando fazer a coisa certa, mas sua remoção pode, às vezes, reduzir a força de uma distração, mesmo que não restaure totalmente a capacidade do animal de usar as evidências.

Os pesquisadores também observaram o tempo dessas interrupções. Eles descobriram que silenciar a frente do cérebro tinha o impacto mais forte quando ocorria mais tarde na tentativa, pouco antes de o camundongo ter que fazer sua curva. Isso sugere que as regiões frontais do cérebro são cruciais para manter a decisão em mente e executar a escolha final, especialmente quando o animal está tentando ser preciso. Em contraste, quando os pesquisadores silenciavam a parte posterior do cérebro, os efeitos eram diferentes. Essas áreas pareciam desempenhar um papel maior quando o animal estava em um estado enviesado e desengajado, talvez ajudando a manter esses hábitos ou a processar o histórico de recompensas passadas.

Para ver o quadro completo, a equipe também registrou a atividade elétrica do cérebro em toda a sua superfície usando uma câmera de campo amplo. Eles descobriram que a parte frontal do cérebro estava muito mais ativa quando os camundongos estavam no estado engajado em comparação a quando estavam enviesados. Além disso, quando tentaram prever o que o camundongo escolheria com base na atividade cerebral, as regiões frontais eram as melhores preditoras durante o estado engajado, enquanto as regiões posteriores eram mais informativas durante o estado enviesado. Isso confirmou que o cérebro se reorganiza dependendo da estratégia que está sendo usada. A frente do cérebro é a chave para manter o foco e fazer uma escolha baseada na evidência atual, enquanto outras áreas assumem a liderança quando o animal recorre aos hábitos.

Essas descobertas sugerem que o cérebro não é uma máquina estática com partes fixas realizando tarefas fixas. Em vez disso, é um sistema dinâmico que reconfigura suas conexões e padrões de atividade dependendo de como o animal decide abordar um problema. A parte frontal do cérebro emerge como um hub crítico para manter uma estratégia engajada e baseada em evidências, agindo como um guarda contra a tendência de cair em vieses simples. Quando esse guarda está ausente, o animal perde seu caminho, mas, curiosamente, removê-lo pode às vezes reduzir a intensidade de uma distração, embora não necessariamente retornar o animal ao desempenho ideal. Este trabalho fornece uma visão mais clara de como a dinâmica em larga escala do céreamente muda para apoiar diferentes formas de pensar, revelando que o caminho para uma decisão é tanto sobre a estratégia atual do cérebro quanto sobre a evidência à sua frente.