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Os mesmos neurônios que ajudam os morcegos a navegar pelo espaço também podem ajudá-los a navegar em ambientes sociais coletivos, segundo um novo estudo publicado hoje na revista. Natureza.
Acredita-se que muitos mamíferos – incluindo morcegos e humanos – navegam com a ajuda de uma estrutura cerebral chamada hipocampo, que codifica um “mapa” mental de ambientes familiares. Por exemplo, enquanto você caminha pela vizinhança ou se desloca para o trabalho, neurônios individuais “colocam” neurônios no fogo do hipocampo para indicar onde você está.
No novo estudo, pesquisadores da Universidade da Califórnia, em Berkeley, usaram dispositivos de gravação e imagem neural sem fio para “ouvir” a atividade cerebral do hipocampo de grupos de morcegos frugívoros egípcios enquanto voavam livremente dentro de uma grande sala de voo – muitas vezes em movimento. entre grupos sociais fortemente agrupados – enquanto a tecnologia de rastreamento registrava os movimentos dos morcegos.
Os investigadores ficaram surpresos ao descobrir que, neste ambiente social, os neurónios do lugar do morcego codificavam muito mais informação do que simplesmente a localização do animal. À medida que um morcego voava em direção a um local de pouso, o disparo de neurônios locais também continha informações sobre a presença ou ausência de outro morcego naquele local. E quando outro morcego estava presente, a atividade destes neurônios indicava a identidade do morcego para o qual voavam.
“Este é um dos primeiros artigos a mostrar a representação da identidade num cérebro de não primata”, disse o autor principal do estudo, Michael Yartsev, professor associado de bioengenharia e neurociência na UC Berkeley. “E, surpreendentemente, descobrimos que ele está no centro do que deveria ser o GPS do cérebro. Descobrimos que ele ainda funciona como um GPS, mas também está sintonizado com a dinâmica social do ambiente.”
Embora não sejam tão visualmente deslumbrantes como um cardume de peixes ou um murmúrio de pássaros, animais altamente sociais como humanos e morcegos também exibem formas de comportamento coletivo, disse o primeiro autor do estudo, Angelo Forli, pós-doutorado no laboratório NeuroBat de Yartsev.
“Animais sociais, como os humanos, coordenarão-se no espaço para atingir objetivos diferentes”, disse Forli. “Pode ser apenas visitar outras pessoas. Pode ser uma movimentação conjunta, como no caso dos comportamentos coletivos clássicos ou de uma partida de futebol. Ou podem ser outras formas de cooperação ou conflito.”
Devido à complexidade do experimento, Forli inicialmente teve dúvidas sobre se permitir que grupos de morcegos voassem e interagissem livremente produziria resultados sobre a base neural do comportamento coletivo. Ele estava preocupado que os movimentos dos morcegos e as suas interações sociais pudessem ser demasiado aleatórios para descobrir relações robustas entre a sua atividade neural e o seu comportamento.
Por isso, ficou agradavelmente surpreendido quando os morcegos estabeleceram espontaneamente um punhado de locais de descanso específicos dentro da sala de voo e seguiram trajetórias muito semelhantes quando viajavam entre eles. Os morcegos também mostraram fortes preferências por voar em direção a morcegos “amigos” específicos, muitas vezes pousando muito próximos ou até mesmo em cima uns dos outros.
“Descobrimos que se você reunisse um pequeno grupo de morcegos em uma sala, eles não se comportariam aleatoriamente, mas mostrariam padrões precisos de comportamento”, disse Forli. “Eles passavam tempo com indivíduos específicos e mostravam lugares específicos e estáveis onde gostavam de ir”.
Esses padrões precisos de comportamento permitiram que Forli identificasse não apenas a atividade neural associada a diferentes trajetórias de voo, mas também como a atividade neural mudava dependendo da identidade do morcego presente no local alvo e dos movimentos de outros morcegos.
“Ao registar apenas alguns neurónios desta estrutura cerebral, podemos realmente saber o que os morcegos estavam a fazer no seu espaço social”, disse Yartsev. “Pudemos descobrir se eles estavam indo para um local vazio ou para um local onde havia outros indivíduos, o que é realmente surpreendente”.
Nos últimos anos, Yartsev e seu Laboratório NeuroBat usaram uma variedade de dispositivos de gravação neural sem fio e tecnologias de rastreamento de voo para descobrir uma série de detalhes surpreendentes sobre o cérebro, incluindo como a atividade neural dos morcegos é sincronizada enquanto eles se socializam; como a atividade no córtex frontal ajuda os morcegos a se identificarem em relação aos outros durante as interações vocais; como o hipocampo dos morcegos mapeia não apenas locais específicos, mas também trajetórias completas de voo; e até mesmo quão estáveis as memórias espaciais podem ser armazenadas no cérebro.
Este novo estudo reúne o trabalho da equipe sobre navegação e comportamento social, mostrando como essas duas coisas estão fundamentalmente interligadas no cérebro. As descobertas também ajudam a esclarecer por que os danos ao hipocampo em humanos têm sido associados a aspectos sociais e espaciais da perda de memória em doenças neurodegenerativas como a doença de Alzheimer.
“Nossas memórias episódicas são uma combinação do ambiente onde estamos localizados e das nossas experiências dentro dele – incluindo, é claro, as nossas experiências sociais”, disse Yartsev. “Os nossos resultados são surpreendentes, no sentido de que ninguém tinha observado esta ligação antes em grupos de animais e ao nível dos neurónios individuais. Mas também fazem sentido na medida em que são muito consistentes com os défices que as pessoas com lesões no hipocampo experimentam. “
Finalmente, este estudo destaca um ponto muito importante, disse Yartsev. Embora a maior parte da comunidade neurocientífica examine o cérebro sob condições “simplificadas” ou “artificiais” que muitas vezes estão muito distantes do comportamento natural que o cérebro evoluiu para promover, este trabalho demonstra o poder da abordagem natural à investigação em neurociência.
“Durante meio século, as pessoas têm estudado neurônios de lugar, mas 99% desse trabalho foi feito em animais isolados movendo-se em uma caixa vazia”, disse Yartsev. “Nossas descobertas sugerem que há muito que pode ser aprendido quando a pesquisa em neurociência se concentra no comportamento natural”.
Esta pesquisa foi apoiada pela Fundação de Células-Tronco de Nova York (NYSCF-R-NI40), pelo Instituto Nacional de Saúde Mental (Prêmio 1-R01MH25387-01), pelo Escritório de Pesquisa Científica da Força Aérea (FA9550-17-1-0412) , a Packard Fellowship (2017-66825), o Instituto Nacional de Distúrbios Neurológicos e Derrame (R01NS118422-01), a Fundação Vallee (VS-2020-34), o Escritório de Pesquisa Naval (N00014-21-1-2063), o Searle Scholars Program (SSP-2016-1412), a Human Frontiers Fellowship (LT000302/2020) e a Organização Europeia de Biologia Molecular (1022-2019).
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