Mesmo a humilde mosca da fruta anseia por uma dose do hormônio da felicidade, de acordo com um novo estudo da Universidade de Sussex, que mostra como eles podem usar a dopamina para aprender de maneira semelhante aos humanos.
Especialistas em informática da Universidade de Sussex desenvolveram um novo modelo computacional que demonstra uma ligação há muito procurada entre o aprendizado de insetos e mamíferos, conforme detalhado em um novo artigo publicado hoje na Nature Communications.
Incorporando dados anatômicos e funcionais de experimentos recentes, o Dr. James Bennett e colegas modelaram como a anatomia e a fisiologia do cérebro da mosca da fruta podem apoiar o aprendizado de acordo com a hipótese do erro de predição de recompensa (RPE).
O modelo computacional indica como os neurônios de dopamina em uma área do cérebro de uma mosca de fruta, conhecida como corpo do cogumelo, podem produzir sinais semelhantes aos neurônios de dopamina em mamíferos e como esses sinais de dopamina podem instruir o aprendizado de forma confiável.
Os acadêmicos acreditam que estabelecer se as moscas também usam erros de previsão para aprender pode levar a pesquisas mais humanas com animais, permitindo aos pesquisadores substituir os animais por espécies de insetos mais simples para estudos futuros sobre os mecanismos de aprendizagem.
Ao abrir novas oportunidades para estudar os mecanismos neurais de aprendizagem, os pesquisadores esperam que o modelo também possa ser útil para iluminar uma maior compreensão das questões de saúde mental, como depressão ou vício, que são sustentadas pela hipótese de EPR.
O Dr. Bennett, pesquisador da Escola de Engenharia e Informática da Universidade de Sussex, disse: “Usando nosso modelo computacional, fomos capazes de mostrar que os dados de experimentos com insetos não necessariamente conflitavam com as previsões da hipótese RPE, como se pensava anteriormente.
“Estabelecer uma ponte entre os estudos de insetos e mamíferos sobre a aprendizagem pode abrir a possibilidade de explorar as poderosas ferramentas genéticas disponíveis para realizar experimentos em insetos, e a menor escala de seus cérebros, para dar sentido à função cerebral e às doenças em mamíferos, incluindo humanos . ”
A compreensão de como os mamíferos aprendem percorreu um longo caminho graças à hipótese RPE, que sugere que as memórias associativas são aprendidas na proporção de quão imprecisas são.
A hipótese teve um sucesso considerável ao explicar os dados experimentais sobre o aprendizado em mamíferos e foi amplamente aplicada à tomada de decisões e a doenças mentais, como dependência e depressão. Mas os cientistas encontraram dificuldades ao aplicar a hipótese ao aprendizado em insetos devido aos resultados conflitantes de diferentes experimentos.
A equipe de pesquisa da Universidade de Sussex criou um modelo computacional para mostrar como as principais características da anatomia e fisiologia do corpo do cogumelo podem implementar o aprendizado de acordo com a hipótese RPE.
O modelo simula uma simplificação do corpo do cogumelo, incluindo diferentes tipos de neurônios e as conexões entre eles, e como a atividade desses neurônios promove o aprendizado e influencia as decisões que uma mosca toma quando certas escolhas são recompensadas.
Para maior compreensão da aprendizagem em cérebros de mosca, a equipe de pesquisa usou seu modelo para fazer cinco novas previsões sobre a influência de diferentes neurônios no corpo do cogumelo na aprendizagem e na tomada de decisões, na esperança de que promovam trabalhos experimentais futuros.
Dr. Bennett disse: “Embora outros modelos do corpo do cogumelo tenham sido criados, até onde sabemos, nenhum outro modelo até agora incluiu conexões entre os neurônios de dopamina e outro conjunto de neurônios que prevêem e direcionam o comportamento em direção a recompensas. Por exemplo, quando a recompensa é o conteúdo de açúcar do alimento, essas conexões permitiriam que a disponibilidade de açúcar prevista fosse comparada com o açúcar real ingerido, permitindo que previsões mais precisas e comportamentos apropriados de busca de açúcar fossem aprendidos.
“O modelo pode explicar uma grande variedade de comportamentos exibidos por moscas-das-frutas quando a atividade de determinados neurônios em seus cérebros é silenciada ou ativada artificialmente em experimentos. Também propomos conexões entre os neurônios de dopamina e outros neurônios no corpo do cogumelo, que não ainda foi relatado em experimentos, mas ajudaria a explicar ainda mais dados experimentais. ”
Thomas Nowotny, professor de informática da Universidade de Sussex, disse: “O modelo reúne a teoria da aprendizagem e o conhecimento experimental de uma forma que nos permite pensar sistematicamente como os cérebros das moscas realmente funcionam. Os resultados mostram como o aprendizado em moscas simples pode ser mais semelhante a como aprendemos do que se pensava anteriormente. “
Publicado em 09/05/2021 13h10
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