Estudo da mosca frutada revela circuitos neurais para sentir o prazer ou o desagrado dos odores

Pesquisadores liderados por Hokto Kazama, do Centro RIKEN de Ciência do Cérebro (CBS), no Japão, descobriram como os animais percebem se as coisas têm um cheiro agradável ou desagradável, uma das habilidades que nos permite apreciar o sabor dos alimentos.

O estudo mostra que essas diferentes sensações são computadas por circuitos separados de neurônios no cérebro, mas na verdade não são opostas umas das outras. As descobertas foram publicadas na revista Célula.

O sentido do olfato – olfato – é um dos sentidos mais antigos, tendo suas raízes nos receptores químicos dos antigos vertebrados aquáticos. Nos mamíferos, as moléculas químicas do ar entram no nariz, encontrando eventualmente receptores químicos nos neurônios olfativos, que então enviam sinais ao cérebro.

Como existem inúmeras moléculas transportadas pelo ar e porque os odores são muitas vezes produzidos a partir de combinações de várias moléculas ao mesmo tempo, um sistema simples com um receptor para cada odor nunca foi uma opção durante a evolução.

Em vez disso, os odores são codificados por milhares de neurônios sobrepostos, distribuídos por todo o cérebro, o que torna muito difícil entender como julgamos os cheiros.

Em situações como esta, os cientistas muitas vezes olham para o reino animal em busca de sistemas menos complexos que ainda funcionem de forma muito semelhante. Kazama e sua equipe concentraram seus estudos no sistema olfativo da mosca da fruta, onde podem identificar cada neurônio olfativo e suas conexões. Mesmo assim, são milhares de neurônios e centenas de milhares de conexões e isso continua sendo um sério desafio.

Para superar esta dificuldade, os pesquisadores desenvolveram um método de registrar a atividade de todos os neurônios em cada região do cérebro da mosca da fruta, combinando microscopia de dois fótons e marcação optogenética de células. Eles também construíram um modelo de rede que reproduz a atividade desses neurônios com base no conectoma – a conectividade entre todos os neurônios do cérebro – o que foi útil na compreensão dos circuitos subjacentes aos cálculos.

Eles descobriram que os neurônios em uma região cerebral chamada corno lateral representam o valor hedônico inato dos odores, agradáveis ​​ou desagradáveis. O modelo previu que os odores desagradáveis ​​eram representados pela excitação antecipada dos neurônios através do corno lateral, enquanto os odores agradáveis ​​eram derivados de inibição local adicional.

O resultado mais inesperado foi que o prazer e o desagrado dos odores são computados em circuitos que não são apenas separados uns dos outros, mas também distintos em motivos de conectividade. Isto significa que, em termos de circuito, “bom” não é simplesmente o oposto de “ruim”.

Os pesquisadores foram capazes de usar a configuração optogenética para verificar as previsões do modelo porque a optogenética permite aos cientistas excitar ou inibir com precisão neurônios individuais de sua escolha. Por exemplo, quando o modelo previu que silenciar um determinado circuito local faria com que as moscas não gostassem de um odor que normalmente consideram agradável, foi exatamente isso que aconteceu.

Como o circuito olfativo é muito semelhante entre os animais, este trabalho pode contribuir para uma melhor compreensão do cérebro humano.

De acordo com Kazama, “ao implementar os mecanismos de circuito que descobrimos em um cérebro de mosca compacto, poderemos desenvolver algoritmos mais eficientes, bem como IA de alta eficiência inspirada no cérebro”.

“Na verdade, nosso desenvolvimento de um modelo de rede baseado em conectoma é um passo em direção à criação de um gêmeo digital de um cérebro, que é útil para prever a saída de um sistema em vários contextos.”