19 fevereiro 2019

Desemaranhar o "onde" e o "quando" do andar no cérebro

Como é que o cérebro sabe onde e quando colocar os nossos pés no chão para nos impedir de tropeçar quando caminhamos num piso diferente, como uma estrada cheia de neve ou o areal de uma praia? Num estudo inovador, cientistas em Lisboa, Portugal, encontraram semelhanças entre o modo como os humanos e os ratinhos aprendem a adaptar a sua maneira de andar e identificaram um local no cérebro que controla dois componentes cruciais para realizar esta tarefa – o espaço e o tempo.

Desemaranhar o

Imagine que está a andar numa passadeira no ginásio. De repente, a passadeira divide-se em duas faixas, uma para cada pé, com um lado a mexer-se mais depressa do que o outro. Seria capaz de se adaptar à mudança e criar uma nova maneira de andar? Ou acha que hesitaria e tropeçaria se as suas pernas tivessem de mexer-se a ritmos diferentes?Isto pode parecer um cenário extremo mas, sem darmos por isso, o nosso cérebro está continuamente a adaptar os nossos padrões de marcha. Por exemplo, quando aprendemos a andar de patins ou quando andamos em terrenos instáveis, como uma estrada de montanha, ou mesmo quando o salto de um dos nossos sapatos se parte.

Como conseguimos controlar estas tarefas? A resposta é: com treino. Para aprender, o cérebro faz repetidas tentativas até conseguir ajustar os comandos motores necessários para alcançar o seu objetivo. Esta capacidade de aprender novos padrões locomotores pode ser revelada por meio de uma "passadeira de duas faixas" (split-belt treadmill), que impõe diferentes velocidades a cada um dos lados do corpo, exigindo uma marcha assimétrica. Ao fim de alguns minutos a andar desta maneira, as pessoas aprendem a recuperar a simetria.

De duas pernas para quatro

"Ficámos surpreendidos com as notáveis semelhanças entre a aprendizagem locomotora humana e a dos ratinhos", diz Carey. Tal como nos seres humanos, a aprendizagem nos ratinhos depende do cerebelo, uma região do cérebro localizada na sua base, que controla a coordenação e várias formas de aprendizagem motora. Além disso, tanto a aprendizagem humana como a dos ratinhos tem dois componentes distintos que se adaptam a ritmos diferentes: o espaço e o tempo.

Desemaranhar o espaço e o tempo no cérebro

Para estudar a aprendizagem da marcha em duas faixas no ratinho, a equipa de Carey usou o LocoMouse, um algoritmo de visão por computador anteriormente desenvolvido por este grupo, e que monitoriza os movimentos das patas, do nariz e da cauda do ratinho de forma não-invasiva ao longo do tempo.

Usando o LocoMouse em combinação com ferramentas de genética molecular para manipular a atividade neural, os investigadores conseguiram não apenas identificar como os movimentos de cada um dos quatro membros se iam adaptando durante a aprendizagem, mas também desemaranhar o 'quando' e o 'onde' da aprendizagem locomotora no cérebro.

"Descobrimos que os dois lados do cérebro contribuem de maneira diferente para os componentes espaciais e temporais da aprendizagem", explica Dana Darmohray, primeira autora do estudo. "Descobrimos que a aprendizagem espacial é prejudicada quando manipulamos a atividade neural em ambos os lados do cerebelo. Pelo contrário, a aprendizagem temporal só é afetada quando a atividade neural é manipulada do lado mais rápido da passadeira."

"A lateralização que encontrámos ao nível neural mostra uma correspondência notável com a nossa análise comportamental [feita através do LocoMouse]”, diz Carey. "Enquanto os quatro membros contribuem para a aprendizagem espacial, a pata dianteira mais rápida deu uma contribuição única para a aprendizagem no tempo. Em conjunto, estas descobertas sugerem que as aprendizagens do 'onde’ e do 'quando’ colocar os pés são processadas separadamente no cérebro".

O futuro

Carey e a sua equipa já estão a preparar-se para os próximos desafios: "Agora, com as ferramentas que desenvolvemos, podemos começar a investigar mais a fundo como o cérebro lida com desafios de coordenação como este. A seguir, queremos descobrir como o cérebro separa os sinais sensoriais dos motores para calibrar o movimento no espaço e no tempo", conclui.

Publicado na ar magazine.