Como o locus coeruleus afina o córtex pré-frontal para a flexibilidade cognitiva

É comum assumir-se que, quando o cérebro está em dificuldade, algo ficou em silêncio - um circuito “baixou o volume”, um sinal perdeu-se. Quando a flexibilidade mental falha, a imagem que surge é a de pouca actividade.

Um novo estudo aponta para uma resposta mais inesperada. Ao silenciarem de forma deliberada um circuito-chave em ratinhos, os investigadores observaram que a região do cérebro ligada à tomada de decisões não ficou mais apagada.

Pelo contrário, tornou-se mais activa, mais ruidosa e mais difícil de interpretar. E, afinal, era esse o cerne do problema.

Um bloqueio mental conhecido

Os cientistas chamam a esta capacidade flexibilidade cognitiva - a aptidão para abandonar regras que deixaram de funcionar.

Dificuldades precisamente nesta competência aparecem em condições tão distintas como a TDAH, a depressão, a esquizofrenia e a doença de Alzheimer.

Apesar disso, continua a ser difícil perceber, em tempo real, como é que o cérebro executa esta mudança.

O Dr. Hongdian Yang, professor associado na University of California, Riverside (UCR), e a sua equipa decidiram observar este processo a acontecer.

O alvo foi o locus coeruleus, um pequeno aglomerado de neurónios situado nas profundezas do tronco cerebral. Ser pequeno não significa ser discreto.

Este centro é a principal fonte de noradrenalina no cérebro, um mensageiro químico associado à atenção, ao estado de alerta e à aprendizagem.

Há muito que os investigadores suspeitam que o locus coeruleus ajuda o cérebro a mudar de estratégia.

O que permanecia pouco claro era como o fazia - que padrões “a jusante” reorganizava. A equipa de Yang decidiu investigar directamente a ligação.

Quando as regras mudam

A equipa treinou ratinhos numa tarefa com um truque. Primeiro, os animais aprenderam a escavar para obter comida usando um tipo de pista, como a textura do material dentro de uma taça.

Depois, sem aviso, a regra era trocada. A textura deixava de ter valor. Só o odor correcto indicava onde estava a recompensa. Ratinhos saudáveis falhavam durante algumas tentativas e, em seguida, ajustavam-se.

O que os investigadores queriam medir era com que rapidez o cérebro largava a estratégia antiga e fixava a nova.

Silenciar o circuito

Para testar se o locus coeruleus era o motor dessa mudança, a equipa recorreu a uma técnica direccionada que permitia desligar temporariamente neurónios específicos quando necessário.

Em algumas sessões, o circuito mantinha-se a funcionar. Noutras, ficava atenuado.

A diferença foi evidente. Com o locus coeruleus suprimido, os ratinhos agarravam-se à regra desactualizada e precisavam de muitas mais tentativas para descobrir a nova.

O mesmo efeito surgiu quando os investigadores visaram apenas as fibras que vão do locus coeruleus até ao córtex pré-frontal.

Esta área, localizada logo atrás da testa, ajuda a controlar o planeamento e a tomada de decisões.

Os sinais deste centro parecem reorganizar a actividade pré-frontal, permitindo ao cérebro abandonar uma regra anterior e adoptar outra.

Um córtex pré-frontal mais ruidoso

É aqui que a história fica estranha. Se o locus coeruleus fosse silenciado, seria expectável que a actividade no córtex pré-frontal também diminuísse.

Mas isso não aconteceu. Com um microscópio em miniatura montado na cabeça dos animais, a equipa acompanhou centenas de neurónios pré-frontais durante a tarefa.

Dispararam mais neurónios. E, em vez de respostas “limpas”, células individuais passaram a reagir a uma mistura mais ampla e mais desorganizada de pistas. A região ficou muito mais ocupada - não mais silenciosa.

“A rede tornou-se mais ruidosa e menos selectiva”, afirmou Yang.

Ao que tudo indica, o locus coeruleus não serve apenas para “aumentar” o córtex pré-frontal - poderá ser essencial para o manter afinado.

Os sinais cerebrais perderam a forma

A equipa analisou ainda os registos com ferramentas de aprendizagem automática, para avaliar o córtex pré-frontal como um todo.

Em ratinhos normais, surgiam padrões de actividade distintos à medida que os animais compreendiam a nova regra.

Os padrões das fases iniciais de aprendizagem diferiam dos padrões das fases tardias. Quando o locus coeruleus era atenuado, esses padrões deixavam de estar separados e começavam a confundir-se.

Os algoritmos já não conseguiam distinguir em que etapa de aprendizagem o ratinho estava, nem prever qual seria a próxima escolha.

O córtex pré-frontal continuava activo. Simplesmente já não se organizava nos estados claros que, ao que parecia, a aprendizagem exigia.

Pensamento flexível entre espécies

Um artigo separado associou este tipo de “organização por padrões” ao pensamento flexível em diferentes espécies.

Este trabalho foi realizado em ratinhos, não em pessoas, e a equipa registou actividade apenas durante a etapa mais difícil da tarefa.

Saber se o mesmo circuito se comporta de forma idêntica em fases anteriores - ou em cérebros humanos sob stress do quotidiano - exigirá mais experiências.

As alterações neuronais também coincidiram com a dificuldade comportamental, pelo que, em sessões isoladas, é difícil separar totalmente causalidade de correlação.

Os investigadores notam ainda que os efeitos mais amplos poderão envolver outros químicos libertados pelo locus coeruleus juntamente com a noradrenalina.

Implicações mais amplas do estudo

O locus coeruleus é uma das primeiras regiões a definhar na doença de Alzheimer. Uma revisão desta estrutura relacionou o seu declínio com dificuldades cognitivas precoces em adultos mais velhos.

Os novos resultados sugerem uma explicação possível - não uma desaceleração generalizada, mas a perda da capacidade de afinar e alternar.

“Os nossos resultados também têm implicações para o envelhecimento e para a doença de Alzheimer, já que o LC é afectado precocemente na neurodegeneração”, disse Yang.

A novidade aqui está no mapeamento da ligação. Antes deste estudo, o papel do locus coeruleus na flexibilidade cognitiva era suspeitado, mas não estava delineado.

Agora, a equipa desenhou o circuito e mostrou o que falha quando ele fica silencioso.

No futuro, tratamentos dirigidos ao locus coeruleus ou às suas vias poderão ajudar pessoas cujo cérebro tem dificuldade em “mudar de direção” quando as circunstâncias se alteram.