O estudo do cérebro de furão explora como as representações visuais confiáveis ​​emergem durante o desenvolvimento

Sabe -se que os circuitos cerebrais se formam gradualmente e se desenvolvem após o nascimento como resultado de processos biológicos inatos e experiências de vida. Estudos anteriores sugerem que o desenvolvimento inicial dos circuitos cerebrais se estende por dois estágios diferentes.

O primeiro desses estágios ocorre antes que animais e humanos comecem a experimentar a vida. Durante esse estágio, a organização inicial das redes corticais é estabelecida por mecanismos internos (oundo, endógenos).

Após a formação desta organização inicial, o segundo estágio começa. Esta segunda fase implica o refinamento de redes corticais ao longo do tempo em resposta a experiências de vida individuais de um animal ou humano.

Pesquisadores do Instituto de Estudos Avançados de Frankfurt (FIAs), Goethe University Frankfurt e o Instituto Max Planck Florida para a Neurociência exploraram recentemente os processos que apoiam o desenvolvimento inicial de circuitos neurais no córtex visual do cérebro de mamíferos. O artigo deles, publicado em Neurociência da naturezarevela os padrões de atividade cortical que ocorrem no córtex visual de furão antes e depois dos filhotes recém -nascidos, primeiro abre os olhos.

“A estrutura fundamental das redes corticais surge no início do desenvolvimento antes do início da experiência sensorial”, escreveram Sigrid Trägenap, David E. Whitney e seus colegas em seu artigo. “No entanto, como as redes geradas endogenamente respondem ao início da experiência sensorial e como elas formam representações sensoriais maduras com a experiência permanecem incertas. Examinamos essa ‘transformação de natureza-naturamento’ no nível de julgamento único usando imagens crônicas de cálcio in vivo no visual de furão visual córtex.”

Para entender melhor o que acontece no córtex visual dos furões antes e depois do nascimento, os pesquisadores usaram uma técnica chamada imagens de cálcio in vivo. Essa abordagem de imagem depende do uso de corantes especiais ou proteínas codificadas geneticamente que iluminam quando os níveis de cálcio aumentam, o que nos neurônios ocorre quando se tornam ativos.

Trägenap, Whitney e seus colegas usaram imagens de cálcio para registrar a atividade dos neurônios no córtex visual do furão antes de os filhotes de furão abrirem os olhos pela primeira vez, quando abriram os olhos pela primeira vez e uma semana depois de nasceram. Curiosamente, eles observaram diferentes padrões de atividade nesses diferentes estágios do desenvolvimento precoce.

“Na abertura ocular, a estimulação visual evoca padrões robustos de atividade modular da rede cortical que são altamente variáveis ​​dentro e entre os ensaios, limitando severamente a discriminabilidade do estímulo”, escreveu Trägenap, Whitney e seus colegas.

“Esses padrões modulares evocados por estímulos iniciais são distintos dos padrões espontâneos de atividade de rede presentes antes e no momento da abertura dos olhos. Dentro de uma semana de experiência visual normal, as redes corticais desenvolvem representações de estímulo de baixa dimensão e altamente confiáveis ​​que correspondem a padrões reorganizados de atividade espontânea. “

No geral, os resultados deste estudo recente sugerem que a atividade no córtex visual dos furões e potencialmente outros mamíferos varia significativamente antes, durante e após o nascimento. Suas observações indicam que, quando um furão abre os olhos, seu cérebro luta para criar representações consistentes do que o animal vê primeiro.

Depois de apenas uma semana de vida, no entanto, a mesma atividade cerebral do furão muda. Eles observaram padrões neurais estáveis ​​ligados a representações de estímulos visuais. Como parte de seu estudo, os pesquisadores também desenvolveram um modelo computacional que eles usaram para replicar artificialmente os processos de desenvolvimento iniciais que observaram.

“Usando um modelo computacional, propomos que representações visuais confiáveis ​​derivam do alinhamento de redes corticais de feedforward e recorrente moldadas por novos padrões de atividade acionada visualmente”, escreveu os pesquisadores.

Com base em suas descobertas, Trägenap, Whitney e seus colegas sugerem que as representações visuais emergem como resultado de dois tipos de redes corticais, uma transportando sinais sensoriais recebidos (ou seja, feedforward) e um refinando representações visuais por meio de processos internos (ou seja, recorrente). Em breve, seu artigo poderá informar mais estudos de neurociência com foco no desenvolvimento do cérebro precoce, além de potencialmente informar a criação de modelos de novas inteligências artificiais (IA) que imitam a dinâmica que eles observaram.

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