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Todo mundo tem aromas que os atraem naturalmente, como baunilha ou café, e aromas que não os atraem. O que torna alguns cheiros atraentes e outros não?
Barani Raman, professor de engenharia biomédica na McKelvey School of Engineering da Washington University em St. os gafanhotos e como os neurônios em seus cérebros responderam a odores atraentes e desagradáveis para aprender mais sobre como o cérebro codifica as preferências e como ele aprende.
O estudo fornece informações sobre como nossa capacidade de aprender é limitada pelo que um organismo considera atraente ou desagradável, bem como pelo momento da recompensa. Os resultados de suas pesquisas foram publicados em Natureza Comunicações 5 de agosto.
Raman usa gafanhotos há anos para estudar os princípios básicos do enigmático sentido do olfato. Embora seja mais um sentido estético em humanos, para insetos, incluindo gafanhotos, o sistema olfativo é usado para encontrar comida e parceiros e para detectar predadores. Os neurônios em suas antenas convertem sinais químicos em sinais elétricos e os retransmitem ao cérebro. Essa informação é então processada por vários circuitos neurais que convertem esses sinais sensoriais em comportamento.
Raman e Chandak começaram a entender como os sinais neurais são padronizados para produzir comportamentos relacionados à comida. Como cães e humanos salivando, os gafanhotos usam apêndices sensoriais próximos à boca, chamados palpos, para pegar comida. A ação de agarrar é acionada automaticamente quando alguns odores são encontrados. Eles denominaram odores que desencadearam esse comportamento inato como apetitivo. Aqueles que não produziram esse comportamento foram categorizados como pouco apetitosos.
Raman e Chandak, que ganharam o prêmio de dissertação de destaque da engenharia biomédica, usaram 22 odores diferentes para entender quais odores os gafanhotos acharam apetitosos e quais não. Seus aromas favoritos eram aqueles que cheiravam a grama (hexanol) e banana (acetato de isoamila), e os que menos gostavam cheiravam a amêndoa (benzaldeído) e frutas cítricas (citral).
“Descobrimos que os gafanhotos respondiam a alguns odores e não a outros, então os colocamos em uma única dimensão comportamental”, disse Raman.
Para entender o que tornava alguns odores mais agradáveis e outros não, eles expuseram os gafanhotos famintos a cada um dos cheiros por quatro segundos e mediram sua resposta neural. Eles descobriram que o painel de odores produzia respostas neurais que se segregavam bem, dependendo do comportamento que geravam. Tanto as respostas neurais durante a apresentação do odor quanto após seu término continham informações sobre a predição comportamental.
“Parecia haver uma abordagem simples que poderíamos usar para prever qual seria o comportamento”, disse Raman.
Curiosamente, alguns dos gafanhotos não mostraram resposta a nenhum dos odores apresentados, então Raman e Chandak queriam ver se podiam treiná-los para responder. Muito semelhante à forma como Pavlov treinou seu cachorro com um sino seguido de uma recompensa de comida, eles presentearam cada gafanhoto com um odorante e depois deram a eles um lanche de um pedaço de grama em diferentes momentos após a apresentação do odor. Eles descobriram que os gafanhotos associavam apenas aromas atraentes a uma recompensa alimentar. Atrasando a recompensa, eles descobriram que os gafanhotos poderiam ser treinados para atrasar sua resposta comportamental.
“Com a abordagem de treinamento ON, descobrimos que os gafanhotos abriram seus palpos imediatamente após o início do odor, permaneceram abertos durante a apresentação do odor e fecharam depois que o odor foi interrompido”, disse Raman. “Em contraste, a abordagem de treinamento OFF resultou em gafanhotos abrindo seus palpos muito mais lentamente, atingindo o pico de resposta depois que o odor foi interrompido”.
Os pesquisadores descobriram que o momento de dar a recompensa durante o treinamento era importante. Quando deram a recompensa quatro segundos após o fim do odor, os gafanhotos não aprenderam que o odor indicava que receberiam uma recompensa. Mesmo para os aromas atraentes, nenhum treinamento foi observado.
Eles descobriram que o treinamento com estímulos desagradáveis levava os gafanhotos a responder mais aos estímulos agradáveis. Para explicar essa observação paradoxal, Raman e Chandak desenvolveram um modelo computacional baseado na ideia de que há uma segregação de informações relevantes para o comportamento muito cedo na entrada sensorial do cérebro. Essa ideia simples foi suficiente para explicar como a preferência inata e aprendida por odores poderia ser gerada no sistema olfativo dos gafanhotos.
“Tudo isso remonta a uma questão filosófica: como sabemos o que é positivo e o que é experiência sensorial negativa?” Raman disse. “Toda informação recebida por nosso aparato sensorial, e sua relevância para nós, tem que ser representada pela atividade elétrica no cérebro. Parece que a classificação da informação dessa maneira acontece assim que os sinais sensoriais entram no cérebro.”
Esta pesquisa foi apoiada pela National Science Foundation (1453022, 1724218, 2021795) e pelo Office of Naval Research (N00014-19-1-2049, 955 N00014-21-1-2343).
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