Estudo mostra que o córtex orbitofrontal lateral ‘escreve’ mapas cognitivos no cérebro

O córtex orbitofrontal (OFC) é uma região no lobo frontal do cérebro conhecida por estar envolvida na tomada de decisões e no processamento de informações. A parte lateral dessa região do cérebro, conhecida como lOFC, foi identificada como uma região particularmente importante para a criação dos chamados “mapas cognitivos”.

Os mapas cognitivos são representações mentais do mundo que, acredita-se, orientam comportamento humano. Embora estudos anteriores tenham vinculado o lOFC ao uso desses mapas pelo cérebro, ainda não está claro se ele cria esses mapas ou apenas os implanta quando necessário.

Pesquisadores do National Institute on Drug Abuse em Baltimore e do Max Planck Institute for Biological Cybernetics realizaram recentemente um estudo explorando essas duas hipóteses, na esperança de entender melhor as funções do lOFC. Suas descobertas, publicadas na Natureza Neurociênciasugerem que o OFC lateral está diretamente envolvido na escrita de mapas cognitivos.

“Nos últimos 20 a 30 anos, pesquisas em vários laboratórios, incluindo o nosso, sugeriram que a atividade neuronal no lOFC codifica variáveis ​​importantes relacionadas a ‘mapas cognitivos’ ou modelos mentais da estrutura do mundo externo”, disse o Dr. Kauê Machado Costa, um dos pesquisadores que realizou o estudo, disse ao Medical Xpress.

“Também foi demonstrado que lesionar ou inativar essa região pode interromper o comportamento que depende de tais mapas, ou seja, comportamentos ‘baseados em modelos’, como inferir relações entre elementos não conectados com base em experiências anteriores. Por causa disso, foi proposto que o lOFC contribui para o comportamento representando diretamente ou ‘acessando’ mapas cognitivos durante a tomada de decisões.”

Na última década, alguns estudos de neurociência reuniram evidências de que o lOFC só interrompe comportamentos guiados por mapas cognitivos se novas informações precisarem ser consideradas e incorporadas nesses mapas. Isso sugere que o lOFC também está envolvido na atualização de mapas cognitivos, em vez de se limitar a “lê-los”.

“Chamamos essa proposta de ‘hipótese do cartógrafo’, pois postula que o lOFC está realmente ‘escrevendo’ mapas cognitivos”, explicou o Dr. Costa. “Nosso estudo começou como um teste definitivo dessa hipótese. Pensamos que, se o lOFC é necessário para atualizar mapas, ele também seria crítico para a criação de novos mapas durante o aprendizado inicial de uma nova associação, ou seja, a criação de um novo mapa cognitivo”.

Para testar a validade da chamada “hipótese do cartógrafo” em um ambiente experimental, o Dr. Costa e seus colegas observaram ratos adultos enquanto executavam uma tarefa na qual seu comportamento poderia ser guiado por inferência lógica. Nesta tarefa, os ratos primeiro aprenderam a associar sons diferentes (ou seja, pistas auditivas) com pastilhas de sabor distinto.

Por exemplo, um rato pode ouvir um som de ruído branco por dez segundos e, em seguida, receber um pellet com sabor de bacon por meio de um copo de comida acessível. Posteriormente, ele pode ouvir uma sirene por dez segundos e, em seguida, receber um pellet com sabor de banana da mesma maneira.

“Ao longo de várias apresentações, ou tentativas, ratos normais aprenderiam a associar os sons específicos com seus resultados associados específicos, e medimos esse aprendizado observando as entradas antecipadas no copo de comida quando os ratos ouvem as pistas sonoras”, Dr. Costa disse.

“O principal truque do nosso estudo é que, durante essa construção inicial de um mapa associativo, inativamos o lOFC em um grupo de ratos, que poderia ser comparado com os controles (sem inativação), usando uma abordagem reversível e minimamente invasiva chamada quimiogenética. ”

Usando a quimiogenética, uma técnica para controlar seletivamente a atividade de neurônios específicos no cérebro usando drogas sintéticas, os pesquisadores interromperam a atividade do lOFC enquanto os ratos criavam um novo mapa cognitivo e observavam o comportamento resultante. Se a hipótese do cartógrafo fosse verdadeira, o Dr. Costa e seus colegas esperariam que os ratos adotassem estratégias comportamentais “sem modelo” em testes conduzidos após a intervenção no lOFC, pois seu cérebro seria incapaz de criar um mapa cognitivo.

“Depois dessa fase inicial, e com o lOFC de volta ‘online’, ensinamos os ratos a não gostar de um dos tipos de pastilha combinando um sabor específico de pastilha com injeções de LiCl, o que faz com que os ratos se sintam mal”, disse o Dr. Costa. “Isso faz com que os ratos parem de comer aquele tipo específico de pellet, que dizem ser ‘desvalorizado’, mas não o outro que não foi emparelhado com a sensação de doença. Depois que eles passaram por isso, fizemos uma sessão de sondagem, onde apresentou apenas as pistas sonoras e mediu as respostas dos ratos ao copo de comida.”

Para testar sua hipótese de forma confiável, Costa e seus colegas compararam o comportamento dos ratos nos quais eles intervieram usando quimiogenética com o de ratos cujo cérebro estava funcionando normalmente durante o treinamento. Eles descobriram que os ratos que não receberam a intervenção quimiogenética foram capazes de usar sua experiência para fazer inferências que orientaram seu comportamento ao resolver a tarefa.

Especificamente, esses ratos fizeram associações entre os sons e os pellets que receberam e aprenderam a evitar o pellet “ruim” que os deixou doentes. Assim, eles começaram a se aproximar do copo de comida principalmente depois de ouvirem o som associado ao pellet inofensivo, enquanto raramente se aproximavam do copo de comida depois de ouvir o som que vinha do pellet que eles associavam à doença.

“Os ratos que tiveram seu lOFC inativado durante o aprendizado inicial responderam tanto ao sinal pareado com o pellet desvalorizado quanto ao pareado com o pellet não desvalorizado, o que demonstrou que de fato o lOFC foi importante para criar o mapa inicial”, disse. Dr. Costa explicou.

“No entanto, e para nossa grande surpresa, em vez de apenas continuar respondendo às dicas como se nenhuma desvalorização tivesse acontecido, o que seria esperado de uma estratégia de aprendizado sem modelo, os ratos generalizaram a desvalorização e reduziram suas respostas a ambas as dicas. Isso sugeriu que alguma forma de modelo estava sendo formada, mas esse modelo estava um tanto degradado em comparação com o formado pelo grupo de controle.”

O Dr. Costa e seus colegas usaram modelagem computacional para mostrar que o comportamento generalizado de evitação que eles observaram poderia ser melhor explicado por um déficit seletivo na atribuição de crédito de associações específicas de resultados enquanto os ratos aprendiam a resolver a tarefa. Em outras palavras, os ratos com um lOFC inativo ainda eram capazes de construir mapas cognitivos, mas esses mapas não eram bons o suficiente para ajudá-los a diferenciar pistas sonoras específicas e sabores de pellets.

“Deve-se notar que os ratos realmente não precisavam aprender essa associação específica e, na verdade, poderiam ‘resolver’ a tarefa apenas assumindo que qualquer som leva a uma recompensa valiosa”, disse o Dr. Costa. “Isso sugere que o principal papel do lOFC nesse processo é incorporar informações de alta resolução em mapas cognitivos, talvez particularmente aqueles que não são imediatamente importantes para resolver a tarefa em questão”.

As descobertas reunidas por esta equipe de pesquisadores fornecem evidências adicionais para a hipótese do cartógrafo, sugerindo que o lOFC desempenha um papel fundamental na escrita de mapas cognitivos. No entanto, eles também mostram que o bloqueio da atividade no lOFC não interrompe totalmente o comportamento baseado em modelo, mas evita que os ratos incorporem todos os aspectos da tarefa que estão aprendendo a concluir nos mapas cognitivos.

“No geral, agora parece que o lOFC é mais importante para incorporar ou atualizar informações relacionadas à identidade específica dos resultados previstos”, disse o Dr. Costa. “Isso representa uma hipótese nova e mais sutil para a função lOFC e, na verdade, como o cérebro analisa as informações ao aprender sobre a estrutura da realidade”.

Os resultados obtidos pelo Dr. Costa e seus colegas podem inspirar o desenvolvimento de novos modelos teóricos que melhor representem o papel do lOFC na escrita de mapas cognitivos. quantos distúrbios psiquiátricos envolvem anormalidades do 1OFC, incluindo esquizofrenia, TOC e transtornos por uso de substânciaseles também poderiam ajudar a entender melhor esses distúrbios e suas bases neurais.

“Nossos resultados abrem a possibilidade de uma reinterpretação do papel do lOFC nessas patologias e do comportamento disfuncional em pacientes diagnosticados com elas, o que pode ser interpretado como resultado da criação de um mapa cognitivo desordenado”, acrescentou o Dr. Costa .

“Vamos agora continuar a explorar os limites da hipótese do cartógrafo, e também a testar as previsões da nossa nova hipótese, incluindo que a função lOFC só deve ser crítica para novas aprendizagens quando houver necessidade de incorporar diferentes tipos de informação para a compreensão do tarefa, especialmente aquelas que não são imediatamente úteis, mas podem ser aplicadas no futuro.”

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