Como o cérebro responde a eventos surpreendentes

Neurociência Surpresa do Cérebro

De acordo com um novo estudo de pesquisa, seu cérebro pode enviar uma explosão de norepinefrina quando precisa que você preste atenção a algo importante.

Resultados inesperados desencadeiam a liberação de noradrenalina, que ajuda o cérebro a focar sua atenção e aprender com o evento.

Quando seu cérebro precisa que você preste atenção a algo importante, uma maneira de fazer isso é enviar uma explosão de noradrenalina, de acordo com um novo estudo. MIT estudar.

Esse neuromodulador, produzido por uma estrutura profunda no cérebro chamada locus coeruleus, pode ter efeitos generalizados em todo o cérebro. Em um estudo com camundongos, a equipe do MIT descobriu que um papel fundamental da noradrenalina, também conhecida como norepinefrina, é ajudar o cérebro a aprender com resultados surpreendentes.

Norepinefrina, também chamado de noradrenalina, é um produto químico produzido por algumas células nervosas e na glândula adrenal. Ele pode funcionar como um neurotransmissor (um mensageiro químico usado pelas células nervosas) e um hormônio (um produto químico que viaja no sangue e controla as ações de outras células ou órgãos). A norepinefrina é liberada pela glândula adrenal em resposta ao estresse e pressão arterial baixa.

“O que este trabalho mostra é que o locus coeruleus codifica eventos inesperados, e prestar atenção a esses eventos surpreendentes é crucial para o cérebro fazer um balanço de seu ambiente”, diz Mriganka Sur, professor de neurociência da Newton no Departamento de Cérebro e Cognitivo do MIT. Sciences, membro do Picower Institute for Learning and Memory do MIT, e diretor do Simons Center for the Social Brain.

Além de seu papel na sinalização de surpresa, os pesquisadores também descobriram que a noradrenalina ajuda a estimular o comportamento que leva a uma recompensa, principalmente em situações em que há incerteza sobre se uma recompensa será oferecida.

Sur é o autor sênior do novo estudo, publicado em 1º de junho de 2022, na revista Natureza. Vincent Breton-Provencher, ex-pós-doutorado do MIT que agora é professor assistente na Laval University, e Gabrielle Drummond, estudante de pós-graduação do MIT, são os principais autores do artigo.

Comportamento de modulação

A noradrenalina é um dos vários neuromoduladores que influenciam o cérebro, juntamente com a dopamina, a serotonina e a acetilcolina. Ao contrário dos neurotransmissores, que permitem a comunicação célula a célula, os neuromoduladores são liberados em grandes áreas do cérebro, permitindo que exerçam efeitos mais gerais.

“Acredita-se que as substâncias neuromoduladoras perfundem grandes áreas do cérebro e, assim, alteram o impulso excitatório ou inibitório que os neurônios estão recebendo de forma mais ponto a ponto”, diz Sur. “Isso sugere que eles devem ter funções muito importantes em todo o cérebro que são importantes para a sobrevivência e para a regulação do estado cerebral”.

Cérebro Locus Coeruleus Núcleos Noradrenalina

A maior parte da noradrenalina do cérebro é produzida pelos dois núcleos do locus coeruleus, um em cada hemisfério cerebral. Os neurônios do locus coeruleus são marcados com proteína verde fluorescente. Crédito: Gabi Drummond

Embora os cientistas tenham aprendido muito sobre o papel da dopamina na motivação e na busca de recompensas, pouco se sabe sobre os outros neuromoduladores, incluindo a noradrenalina. Tem sido associado à excitação e ao aumento do estado de alerta, mas muita noradrenalina pode levar à ansiedade.

Estudos anteriores do locus coeruleus, a principal fonte de noradrenalina do cérebro, mostraram que ele recebe informações de muitas partes do cérebro e também envia seus sinais por toda parte. No novo estudo, a equipe do MIT decidiu estudar seu papel em um tipo específico de aprendizado chamado aprendizado por reforço, ou aprendizado por tentativa e erro.

Para este estudo, os pesquisadores treinaram ratos para empurrar uma alavanca quando ouviam um tom de alta frequência, mas não quando ouviam um tom de baixa frequência. Quando os ratos responderam corretamente ao tom de alta frequência, eles receberam água, mas se empurraram a alavanca quando ouviram um tom de baixa frequência, receberam uma desagradável lufada de ar.

Os ratos também aprenderam a empurrar a alavanca com mais força quando os tons eram mais altos. Quando o volume era menor, eles ficavam mais incertos se deveriam empurrar ou não. E, quando os pesquisadores inibiram a atividade do locus coeruleus, os camundongos ficaram muito mais hesitantes em empurrar a alavanca quando ouviram tons de baixo volume, sugerindo que a noradrenalina promove uma chance de obter uma recompensa em situações em que a recompensa é incerta.

“O animal está empurrando porque quer uma recompensa, e o locus coeruleus fornece sinais críticos para dizer, empurre agora, porque a recompensa virá”, diz Sur.

Os pesquisadores também descobriram que os neurônios que geram esse sinal de noradrenalina parecem enviar a maior parte de sua saída para o córtex motor, o que oferece mais evidências de que esse sinal estimula os animais a agir.

Sinalização surpresa

Embora essa explosão inicial de noradrenalina pareça estimular os camundongos a agir, os pesquisadores também descobriram que uma segunda explosão geralmente ocorre após o término do teste. Quando os ratos receberam uma recompensa esperada, essas rajadas foram pequenas. No entanto, quando o resultado do julgamento foi uma surpresa, as rajadas foram muito maiores. Por exemplo, quando um rato recebeu uma lufada de ar em vez da recompensa que esperava, o locus coeruleus enviou uma grande explosão de noradrenalina.

Em testes subsequentes, esse rato teria muito menos probabilidade de empurrar a alavanca quando não tinha certeza de que receberia uma recompensa. “O animal está constantemente ajustando seu comportamento”, diz Sur. “Mesmo que já tenha aprendido a tarefa, está ajustando seu comportamento com base no que acabou de fazer.”

Os camundongos também mostraram rajadas de noradrenalina em testes quando receberam uma recompensa inesperada. Essas explosões parecem espalhar a noradrenalina para muitas partes do cérebro, incluindo o córtex pré-frontal, onde ocorrem o planejamento e outras funções cognitivas superiores.

“A função de codificação de surpresa do locus coeruleus parece ser muito mais difundida no cérebro, e isso pode fazer sentido porque tudo o que fazemos é moderado pela surpresa”, diz Sur.

Os pesquisadores agora planejam explorar a possível sinergia entre a noradrenalina e outros neuromoduladores, especialmente a dopamina, que também responde a recompensas inesperadas. Eles também esperam aprender mais sobre como o córtex pré-frontal armazena a memória de curto prazo da entrada do locus coeruleus para ajudar os animais a melhorar seu desempenho em testes futuros.

Referência: “Dinâmica espaço-temporal da noradrenalina durante o comportamento aprendido” por Vincent Breton-Provencher, Gabrielle T. Drummond, Jiesi Feng, Yulong Li e Mriganka Sur, 1 de junho de 2022, Natureza.
DOI: 10.1038/s41586-022-04782-2

A pesquisa foi financiada, em parte, pelo Quebec Research Funds, o Natural Sciences and Engineering Research Council of Canada, um NARSAD Young Investigator Award da Brain and Behavior Research Foundation, os National Institutes of Health, a Simons Foundation Autism Research Initiative através o Centro Simons para o Cérebro Social, a Fundação Nacional de Ciências Naturais da China e a Iniciativa NIH BRAIN.


Source: SciTechDaily by scitechdaily.com.

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