Como os Animais Tomam Decisões: Insights do Cérebro
Pesquisas mostram como áreas do cérebro trabalham juntas na tomada de decisão dos animais.
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Índice
Os animais são conhecidos por tomarem decisões com base no que sentem e aprendem com experiências passadas. Eles conseguem mudar seu comportamento de acordo com novas informações. Uma parte importante do cérebro envolvida nesse processo é a conexão entre o córtex pré-frontal e os gânglios basais. Essas áreas trabalham juntas para ajudar os animais a adaptarem suas escolhas com base no que já vivenciaram. No entanto, ainda não está claro como as células do cérebro nessas áreas se comunicam e trabalham em conjunto ao tomar decisões.
O Papel do Córtex Pré-Frontal e dos Gânglios Basais
O córtex pré-frontal tá ligado a planejar e tomar decisões, enquanto os gânglios basais são responsáveis por controlar movimento e comportamento. Juntos, eles formam um caminho que ajuda a processar diferentes tipos de informação pra guiar as ações. Por exemplo, quando os animais aprendem uma nova tarefa, a atividade das células cerebrais em ambas as áreas muda.
Pesquisas mostraram que quando os animais realizam tarefas que exigem habilidade, há uma atividade sincronizada maior entre essas células cerebrais. Essa sincronização também é observada quando os animais se deparam com diferentes escolhas, como quando navegam por um labirinto. Além disso, a forma como as células reagem pode mudar baseado em se suas ações foram recompensadas ou não.
Investigando a Atividade Neural
Pra entender como a atividade cerebral muda durante a Tomada de decisão, os pesquisadores podem analisar grandes quantidades de dados de gravações de células cerebrais. Técnicas que simplificam esses dados permitem que os cientistas vejam como grupos de células do cérebro se comportam com o tempo, especialmente quando os animais realizam uma tarefa. Isso pode revelar como a Motivação deles influencia suas escolhas.
Por exemplo, quando um animal tá com sede, ele vai se esforçar mais pra conseguir uma recompensa como água. No entanto, sua motivação pode mudar enquanto continua fazendo a tarefa ao longo do tempo. Essa mudança pode afetar como seu cérebro processa as informações relacionadas à sua escolha.
Ainda existe a questão sobre se as conexões entre o córtex pré-frontal e os gânglios basais se adaptam enquanto os animais estão tomando decisões. Pra explorar isso, os pesquisadores estudaram a atividade cerebral em ratos realizando uma tarefa específica de escolha.
O Experimento
Pra investigar como as regiões do cérebro interagem durante a tomada de decisão, experimentos foram realizados com ratos. Os ratos tiveram eletrodos implantados tanto no córtex pré-frontal quanto nos gânglios basais pra gravar a atividade das células cerebrais enquanto realizavam uma tarefa que envolvia fazer escolhas.
Na tarefa, os ratos foram treinados pra escolher entre dois bicos pra uma recompensa. Eles tinham que lembrar onde a recompensa estava com base em sinais auditivos. A tarefa foi projetada pra ver como os ratos ajustavam suas escolhas com base nos resultados anteriores, recompensando-os por selecionar o bico correto.
Depois das sessões de treinamento, a atividade cerebral dos ratos foi gravada enquanto realizavam a tarefa. Os pesquisadores usaram técnicas avançadas pra analisar os dados, focando em como os padrões de atividade cerebral variavam a cada tentativa.
Descobertas sobre Tomada de Decisão
A análise da atividade cerebral revelou que os ratos exibiram vários padrões de escolha durante a tarefa. Eles costumavam ficar com um bico que anteriormente oferecia recompensa, mas mudavam de escolha se não encontrassem recompensa. Esse comportamento se assemelha a como os humanos podem decidir repetir uma ação bem-sucedida ou tentar algo novo ao enfrentar um fracasso.
Ao examinar a atividade cerebral, certos padrões foram identificados que correspondiam às escolhas dos ratos. Os pesquisadores descobriram que alguns circuitos neurais mostraram diferentes respostas dependendo se a escolha era repetitiva ou uma mudança, mesmo quando o resultado era o mesmo.
Além disso, o estudo mostrou que a atividade das células cerebrais tanto no córtex pré-frontal quanto nos gânglios basais mudava em momentos diferentes durante a tarefa. Os padrões de atividade neural antes de fazer uma escolha eram diferentes daqueles que vinham depois da escolha. Isso indica que essas áreas do cérebro têm funções distintas ao longo do processo de tomada de decisão.
Influência Comportamental na Atividade Neural
Conforme a tarefa progredia, o desempenho dos ratos variava, afetando seus níveis de motivação. O estudo mostrou que a diminuição da motivação levou a mudanças em como as células do cérebro se comunicavam no córtex pré-frontal e nos gânglios basais. Essas mudanças na atividade cerebral estavam ligadas ao número de lambidas que os ratos davam após escolher um bico.
Quando os ratos estavam mais motivados, eles tendiam a lamber mais, indicando um esforço maior pra obter a recompensa. À medida que a motivação caía, o comportamento de lamber diminuía, o que se refletia nas mudanças nos padrões de atividade cerebral. Isso sugere que o estado motivacional dos ratos influenciou significativamente seu processo de tomada de decisão.
Insights sobre Interação Neural
A pesquisa destacou a importância de olhar como as regiões do cérebro interagem, em vez de estudá-las isoladamente. Ao examinar a atividade combinada do córtex pré-frontal e dos gânglios basais, os pesquisadores puderam ver que a dinâmica neural era mais complexa do que se pensava anteriormente. Essa interação provavelmente desempenha um papel crucial em como as decisões são tomadas com base nos resultados de escolhas anteriores.
As descobertas sugerem que tanto o córtex pré-frontal quanto os gânglios basais trabalham juntos pra processar informações sobre recompensas e consequências passadas. Esse processamento coletivo ajuda os ratos a adaptarem seu comportamento em tempo real, permitindo uma tomada de decisão mais flexível.
O estudo também enfatizou que diferentes tipos de padrões de atividade neural emergiram dependendo se a escolha era uma repetição ou uma mudança. Isso destaca a complexidade da função cerebral durante a tomada de decisão e a importância de entender esses processos em vários contextos comportamentais.
Implicações para Pesquisas Futuras
Entender como as regiões do cérebro trabalham juntas na tomada de decisão tem implicações importantes pra várias áreas, como psicologia e neurociência. Isso pode ajudar a explicar como humanos e animais adaptam seu comportamento com base em experiências e motivações.
Pesquisas futuras poderiam investigar como essas dinâmicas neurais mudam sob várias condições ou diferentes tarefas. Também pode ser valioso explorar como padrões similares de atividade no cérebro podem influenciar a tomada de decisão em humanos, especialmente em situações que envolvem aprendizado a partir de recompensas e consequências.
As descobertas atuais oferecem uma base pra uma exploração mais profunda dos mecanismos que estão por trás da tomada de decisão no cérebro. Ao aprimorar nosso conhecimento sobre como as regiões do cérebro interagem, podemos potencialmente desenvolver estratégias pra lidar com questões relacionadas ao comportamento e à motivação tanto em animais quanto em humanos.
Conclusão
O estudo de como os animais adaptam seu comportamento com base em pistas sensoriais e resultados passados oferece insights sobre as interações complexas entre as regiões do cérebro. As mudanças observadas nos padrões de atividade neural demonstram o papel da motivação na tomada de decisão, bem como as funções distintas do córtex pré-frontal e dos gânglios basais.
À medida que a pesquisa nessa área avança, temos uma melhor compreensão dos mecanismos subjacentes que guiam nossas escolhas. Esse conhecimento pode contribuir para avanços em áreas como ciência comportamental, psicologia e neurologia, melhorando, em última análise, nossa compreensão de como as decisões são tomadas e como elas podem ser influenciadas.
Título: Decomposed frontal corticostriatal ensemble activity changes across trials, revealing distinct features relevant to outcome-based decision making
Resumo: The frontal cortex-striatum circuit plays a pivotal role in adaptive goal-directed behaviours. However, the mediation of decision-related signals through cross-regional transmission between the medial frontal cortex and the striatum by neuronal ensembles remains unclear. We analysed neuronal ensemble activity obtained through simultaneous multiunit recordings in the secondary motor cortex (M2) and dorsal striatum (DS) while the rats performed an outcome-based choice task. Tensor component analysis (TCA), an unsupervised dimensionality reduction approach at the single-trial level, was adopted for concatenated ensembles of M2 and DS neurons. We identified distinct three spatiotemporal neural dynamics (TCA components) at the single-trial level specific to task-relevant variables. Choice-position selective neural dynamics was correlated with the trial-to-trial fluctuation of behavioural variables. This analytical approach unveiled choice-pattern selective neural dynamics distinguishing whether the incoming choice was a repetition or switch from the previous choice. Other neural dynamics was selective to outcome. Choice-pattern selective within-trial activity increased before response choice, whereas outcome selective within-trial activity increased following response. These results suggest that the concatenated ensembles of M2 and DS process distinct features of decision-related signals at various points in time. The M2 and DS may collaboratively monitor action outcomes and determine the subsequent choice, whether to repeat or switch, for coordinated action selection.
Autores: Takashi Handa, T. Fukai, T. Kurikawa
Última atualização: 2024-03-27 00:00:00
Idioma: English
Fonte URL: https://www.biorxiv.org/content/10.1101/2024.03.23.586395
Fonte PDF: https://www.biorxiv.org/content/10.1101/2024.03.23.586395.full.pdf
Licença: https://creativecommons.org/licenses/by-nc/4.0/
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