Suas expectativas moldam e aceleram sua percepção. Um novo modelo que explica esse efeito sugere a atualização das teorias de processamento de sinais.
Se você espera um certo sabor e sua língua parece diferente, isso lhe parecerá desagradável. Se o sabor é esperado, você sentirá mais rápido.Imagine que você tomou um copo e pensou que por dentro havia suco de maçã e, depois de tomar um gole, descobriu que era ginger ale. Mesmo que você goste de refrigerante, desta vez o sabor parece nojento para você. Isso porque o contexto e os estados internos, incluindo a expectativa, afetam como os animais percebem e processam as informações dos sentidos, explica
Alfredo Fontanini , neurocientista da Stony Brook University, em Nova York. Nesse caso, esperar pelo estímulo errado leva à surpresa e a uma reação negativa.
No entanto, essa influência não se limita à qualidade da percepção. Entre outros efeitos, ajustar os sentidos para esperar pela entrada, boa ou ruim, pode aumentar a velocidade com que um animal detecta, identifica e responde a eles.
Muitos anos atrás, Fontanini e a equipe descobriram evidências diretas desse efeito de aceleração no córtex do paladar - a parte do cérebro responsável pela percepção do paladar. Desde então, eles tentam encontrar uma estrutura no córtex que torne esse efeito possível. E assim eles conseguiram. Em abril de 2019, eles
publicaram suas descobertas na revista Nature Neuroscience: um modelo de rede com uma arquitetura específica que não apenas oferece novas idéias sobre os princípios do trabalho de expectativa, mas também entra no território de questões mais amplas sobre como os neurocientistas devem se relacionar com a percepção. Além disso, as conclusões coincidem um pouco com a teoria da tomada de decisões, que afirma que o cérebro não constrói decisões gradualmente, mas as toma às pressas.
Sentimentos acelerados e estados ativos
Gosto, a sensação menos explorada, foi um ponto de partida ideal. Depois que o sabor aparece na língua, várias centenas de milissegundos passam antes que a atividade do córtex do gosto comece a refletir os dados de entrada. "Em termos de função cerebral, faz muito tempo", disse
Don Katz , neurocientista da Universidade Brandeis, em Massachusetts (cujo laboratório Fontanini passou por estudos de pós-doutorado). "No córtex visual, tudo acontece em uma pequena fração desse tempo", o que torna muito mais difícil para a visão reconhecer o efeito de expectativa que os cientistas queriam estudar.
Em 2012, Fontanini e colegas realizaram um experimento em que os ratos ouviram um som ("dica preliminar") e receberam uma pequena dose de comida através de um tubo na boca. O gosto dela podia ser doce, salgado, azedo ou amargo, e não havia informações na dica sobre seu personagem.
No entanto, verificou-se que, em geral, a expectativa do paladar fez com que os neurônios do córtex do paladar reconhecessem o estímulo quase duas vezes mais rápido do que quando os ratos recebiam comida sem ouvir o som preliminar. O atraso caiu de cerca de 200 ms para 120 ms.
Fontanini queria saber qual rede neural permitiria teoricamente a aceleração da codificação. Ele atraiu um especialista que não havia trabalhado anteriormente no campo do paladar: um colega de Stony Brook, neurocientista
Giancarlo la Camera , que já havia trabalhado na modelagem de atividade cerebral espontânea que ocorre mesmo na ausência de estímulos.
Alfredo Fontanini e Giancarlo la CameraNas últimas décadas, tem havido uma crença crescente de que a maior parte da atividade das redes de sensores é gerada internamente e não causada por estímulos externos. Se compararmos a atividade do córtex visual de um animal em completa escuridão com sua atividade, quando o animal for examinado, será difícil encontrar diferenças neles. Mesmo na ausência de luz, conjuntos de neurônios no córtex visual começam a se ativar juntos, simultaneamente ou em uma frequência previsível. Essa resposta interconectada está localizada no chamado metaestável de algumas centenas de milissegundos a vários segundos e, em seguida, a configuração da atividade muda para outra. A metaestabilidade, ou a tendência de pular de um estado fugaz para outro, continua após o surgimento do estímulo; no entanto, alguns estados geralmente aparecem mais frequentemente em conexão com um estímulo específico e, portanto, são considerados "estados de codificação".
La Camera e outros (incluindo Katz) já modelaram a metaestabilidade, criando o que é chamado de rede em cluster. Dentro dele, grupos de neurônios excitantes estão intimamente conectados entre si, e neurônios inibitórios são aleatoriamente conectados com neurônios excitantes, que têm um amplo efeito de amortecimento em todo o sistema. "Essa arquitetura agrupada é fundamentalmente importante para criar metaestabilidade", disse Fontanini.
Fontanini, La Camera e seu colega, Luca Mazzukato (agora trabalhando na Universidade de Oregon), descobriram que a mesma estrutura de rede era necessária para recriar o efeito de espera. Em um modelo metaestável de arquitetura em cluster, os pesquisadores simularam uma pista de aviso, seguida por um estímulo específico de sabor. Como resultado, eles reproduziram com sucesso o esquema de codificação acelerada que Fontanini observou em ratos em 2012: as transições de um estado metaestável para outro foram aceleradas, o que permitiu ao sistema mudar rapidamente para os estados de codificação. Os resultados do trabalho mostram que, simplesmente criando uma rede para demonstrar padrões metaestáveis de atividade, "você pode capturar muitas respostas neurológicas enquanto estimula o paladar", disse Fontanini.
Quando os pesquisadores tentaram simular avisos e estímulos de alerta em uma rede que não possuía neurônios em cluster, eles não conseguiram repetir os resultados de 2012. Portanto, "esse efeito é possível apenas em redes de um determinado tipo", disse Katz.
Caminhada menos estressante
A descoberta parecia notável, em primeiro lugar, porque dava uma idéia de que tipo de arquitetura procurar no córtex do paladar real - e possivelmente em outras partes do córtex responsáveis pelos órgãos sensoriais. Até agora, os neurocientistas estão discutindo sobre como o sabor é processado: alguns dizem que certos neurônios podem codificar "doce" e outros "salgados", criando respostas neurológicas características para certos gostos. Outros o associam a padrões mais amplos de atividade; a maioria dos neurônios responde à maioria dos gostos, e o esquema neurológico resultante corresponde aproximadamente a um ou outro gosto. O trabalho de Fontanini e colegas apóia a teoria mais recente, prevendo exatamente como essa estrutura deve parecer. Já apenas os clusters “descrevem as muitas propriedades da casca do sabor”, disse Fontanini, “atividade espontânea, uma sequência de feedback sobre o sabor, o efeito da expectativa”. Ele espera continuar a descobrir a história da formação desses aglomerados e que outros tipos de atividade nervosa eles afetam.
Também descreve a base neural das expectativas no cérebro. A dica de aviso não apenas excita certos neurônios ou causa um certo conjunto de condições, que depois codifica o estímulo. Em vez disso, esperar muda a dinâmica - especificamente, a velocidade de comutação - de todo o sistema.
Fontanini e la Camara comparam essa dinâmica com uma bola movendo-se através de uma paisagem cheia de trincheiras. Esses recessos indicam estados de reação e a expectativa inclina o terreno para que a bola caia mais rapidamente na primeira vala. Também suaviza terrenos montanhosos ao longo dos quais a bola precisa ir de um estado para outro, facilitando essa transição e ficando presa.
Ou seja, esperar torna a rede menos complicada. Ele permite que você caminhe com mais facilidade em direção aos estados que realmente codificam o sabor, mas não oferece tanta estabilidade que o sistema fica preso em um estado. Esse problema geralmente afeta essas redes agrupadas: por causa desse agrupamento, algumas “trincheiras” acabam sendo muito profundas e o sistema amplia informações incorretas. Mas essas descobertas dizem que, para resolver esse problema "você não precisa de um sistema complexo", disse Georg Keller, neurocientista que estuda o trabalho da visão no Instituto de Pesquisa Biomédica. Friedrich Miescher na Suíça.
Fontanini e la Camera esperam que um mecanismo semelhante possa explicar o trabalho de outros processos que levam o contexto além das expectativas, como atenção e aprendizado. Mas, talvez, "a consequência mais importante do nosso trabalho seja uma mudança de atenção da reação estática dos neurônios que codificam certas reações ao seu comportamento dinâmico", disse la Camera.
Embora a abordagem do estudo da neurobiologia por meio de sistemas dinâmicos não possa ser chamada de nova, era difícil testar e modelar. Os especialistas geralmente tendem a uma estrutura hierárquica de representação da percepção sensorial: o córtex acumula e integra recursos para a formação de percepções, enviando sinais para outras camadas da rede que integram ainda mais informações até que o cérebro tome uma decisão ou escolha um comportamento.
Mas este não é o caso neste artigo. Os resultados da equipe falam em favor de outra idéia de processamento de sinal, na qual "tudo acontece ao mesmo tempo, antes que o sinal de estímulo chegue", disse Leslie Kay, neurocientista da Universidade de Chicago que trabalha com o cheiro. "A informação aprendida está no córtex, forma um sistema de grupos interconectados de neurônios que denotam essa informação e você a influencia com a ajuda das expectativas, resultando na manifestação do que esse sistema sabe."
Arremetida repentina
Segue-se do modelo que o processo de tomada de decisão não é uma construção suave com base nas informações recebidas, mas algo como uma sequência de insights, um salto de flutuações neurais. Katz usou o mesmo modelo de Fontanini com a Camera para apoiar a ideia de que a tomada de decisão "acontece de repente".
A conexão entre esses "ângulos de gosto completamente diferentes" - o trabalho de Fontanini no processamento de sensações dos sentidos e seu estudo de seu processamento posterior - deixa Katz em um estado de "antecipação alegre".
Ela também enfatiza a necessidade de se afastar da concentração em neurônios individuais que respondem a determinadas solicitações e avançar para estados e dinâmicas internas para entender melhor o funcionamento das redes de sensores - mesmo no caso dos estímulos sensoriais mais básicos. "É muito mais fácil dizer que um neurônio aumenta o número de ativações", disse Anan Moran, neurocientista da Universidade de Tel Aviv, em Israel. Mas, para entender como os organismos funcionam, "você não pode levar em conta apenas o estímulo, precisa contar com o estado interno", acrescentou. "E isso significa que nossa idéia anterior do mecanismo usado pelo cérebro para implementar sensações, ações e assim por diante, precisa ser revisada."
"A maior parte do que acontece no córtex do paladar antes que o estímulo o atinja está associada ao seu processamento na chegada", disse Katz. Nesse caso, um estudo de como esses estados internos mudam sob a influência de experiências ou pistas revelou novas informações sobre a conectividade de rede.
Agora, disse Moran, essa dependência contextual deve passar por outros estudos de percepção e pensamento. “A última fronteira é o sistema visual. Esse trabalho pode nos dizer algo interessante sobre o processamento de informações visuais ".
"Ainda não temos um modelo bom e unificado que combine toda essa atividade", acrescentou. Mas este é um "bom ponto de partida".