O colículo superior é uma região do mesencéfalo que tradicionalmente é considerada como uma ajuda para os animais se orientarem em direção a locais importantes no espaço, como direcionar seus olhos e cabeça em direção a um clarão de luz brilhante. Uma nova pesquisa da Universidade de Chicago mostra que essa parte do cérebro também desempenha um papel em tarefas cognitivas complexas, como categorização visual e tomada de decisão.
No novo estudo, publicado em Neurociência da Naturezacientistas mediram as informações contidas em padrões de atividade de células cerebrais em várias regiões cerebrais envolvidas em decisões de categorias visuais. Os pesquisadores monitoraram a atividade no colículo superior (SC) e parte do córtex parietal posterior (PPC), uma região do córtex cerebral que é importante para decisões categóricas visuais. Para sua surpresa, eles viram que a atividade no SC estava ainda mais envolvida do que o PPC na orientação das decisões de categorias dos sujeitos, sugerindo que ele ajuda a coordenar processos cognitivos de ordem superior tradicionalmente pensados para ocorrer no neocórtex.
“Este é um lugar realmente surpreendente para encontrar esses tipos de sinais cognitivos porque essa área do cérebro é tradicionalmente associada a comportamentos de orientação espacial mais simples e até mesmo funções reflexivas”, disse David Freedman, PhD, Professor de Neurobiologia e do Instituto de Neurociência da UChicago e autor sênior do novo estudo. “Temos essa estrutura cerebral evolutivamente antiga que parece estar ainda mais envolvida em decisões cognitivas complexas do que as áreas corticais que estudamos em nossos experimentos.”
Uma antiga região do cérebro com poderes surpreendentes
Todos os animais, de peixes e répteis a mamíferos como primatas e humanos, precisam distinguir e categorizar rapidamente objetos em seu campo de visão. O objeto que se move em direção a eles é um obstáculo ou uma ameaça? Essa coisa está passando por um predador ou uma presa?
O SC é uma região do cérebro que é evolutivamente conservada em todos os vertebrados, mesmo aqueles sem um neocórtex mais sofisticado. Ele ajuda a orientar os movimentos da cabeça e dos olhos em direção a estímulos visuais, e tradicionalmente acreditava-se que ele iniciava ações motoras reflexivas ao retransmitir entradas de regiões cerebrais a montante. No entanto, pesquisas recentes mostraram que ele também está envolvido em tarefas complexas, como selecionar um ponto de orientação e prestar atenção a estímulos em diferentes localizações espaciais.
Freedman e sua equipe têm estudado outras áreas corticais com fortes conexões anatômicas com o SC por anos. Essas áreas adjacentes estão envolvidas em tarefas de tomada de decisão flexíveis e cognitivamente exigentes, e os pesquisadores queriam ver se o SC também está envolvido em pensamento mais abstrato. Para o estudo mais recente, eles treinaram macacos para realizar uma tarefa de tomada de decisão visual na qual eles viam imagens em uma tela de computador. Os animais receberam recompensas de suco de fruta por apertar um botão nos momentos certos para atribuir imagens às categorias corretas.
Enquanto os sujeitos realizavam a tarefa, os pesquisadores registraram a atividade das células cerebrais no SC e na área intraparietal lateral (LIP), parte do PPC que o laboratório de Freedman mostrou anteriormente estar envolvida em decisões de categoria durante esses tipos de tarefas. Como a tarefa exigia que os sujeitos mantivessem o olhar em um ponto e indicassem suas escolhas por um movimento de mão, o design experimental destacou a atividade cerebral necessária para a categorização — não os movimentos dos olhos ou da cabeça geralmente considerados como trabalho do SC.
Os pesquisadores viram muita atividade no SC que codificava as categorias das imagens que os animais estavam olhando, e essa atividade ocorreu mais fortemente do que no PPC. Eles também realizaram um experimento no qual injetaram uma droga para anestesiar temporariamente o SC durante a mesma tarefa. Embora isso não tenha prejudicado a maioria das funções motoras e visuais dos sujeitos, afetou drasticamente sua capacidade de categorizar corretamente as imagens até que os efeitos da droga passassem.
“Nossos resultados nos mostram que essa área é realmente importante para a tarefa”, disse Freedman. “Mesmo em tarefas em que os animais não precisam mover os olhos ou direcionar sua atenção para lugares diferentes, o colículo superior está envolvido nesses comportamentos cognitivos mais complexos.”
Aquele “oomph” especial para resolução de problemas
Freedman disse que não é apenas surpreendente encontrar essa atividade no SC; pode significar algo sobre o motivo pelo qual essa região do cérebro está sendo recrutada para resolver tarefas tão complexas. Como está presente em todos os vertebrados, desde tubarões primitivos até humanos modernos, foi uma das primeiras regiões do cérebro que evoluiu para ajudar a processar entradas visuais e gerar movimentos correspondentes. Mas neste novo estudo, também está envolvida em funções decididamente não espaciais. Isso poderia ser um sinal de que o processamento espacial fornece um “impulso” especial para a resolução de problemas?
Freedman destacou o tipo de movimentos oculares e gestos manuais que os humanos fazem quando somos solicitados a lembrar de algo ou tomar decisões. Se alguém pergunta o que você comeu no jantar ontem à noite, por exemplo, seus olhos geralmente se movem para cima, como se a resposta estivesse escrita no teto. Ou ao pesar uma decisão entre duas escolhas, você pode mover suas mãos para cima e para baixo como dois lados de uma balança.
“Alguns desses dados podem estar nos dizendo que a razão pela qual estamos fazendo esses tipos de gestos espaciais e movimentos oculares é porque as partes espaciais do cérebro estão sendo recrutadas para nos ajudar a executar essas funções cognitivas não espaciais”, disse a primeira autora Barbara Peysakhovich, PhD, ex-aluna de pós-graduação no laboratório de Freedman, agora pesquisadora de pós-doutorado em Harvard.
Ou todos nós já passamos pela experiência de ter dificuldade para entender algo escrito em texto — como um longo comunicado de imprensa sobre um estudo neurocientífico — mas perceber que a informação se encaixa instantaneamente quando é apresentada em um gráfico.
“Dizem que uma imagem vale 1.000 palavras — até mesmo um diagrama espacial muito simples pode transmitir rapidamente muito mais informações do que você pode descrever”, disse Freedman. “É como se o cérebro tivesse criado este lindo papel quadriculado mental que ele pode usar para resolver problemas espaciais e não espaciais.”
O estudo, “Primate superior colliculus is causally engaged in abstract higher-order cognition”, foi apoiado pelo financiamento do National Institutes of Health (bolsas R01EY019041, U19NS107609, 1F31MH124395, F30EY033648, F31 EY029155) e pela Department of Defense Vannevar Bush Faculty Fellowship (N000141912001). Outros autores incluem Barbara Peysakhovich, Ou Zhu, Stephanie M. Tetrick, Vinay Shirhatti, Alessandra A. Silva, Sihai Li, Matthew C. Rosen e W. Jeffrey Johnston da UChicago e Guilhem Ibos da UChicago e Institut de Neurosciences de la Timone, Aix-Marseille Université, França.
