Decisões nascem cedo no córtex somatossensorial primário wS1 de ratos com dois bigodes C2

Todos os chatbots e sistemas de condução autónoma seguem, no essencial, o mesmo esquema: sensores recolhem dados, camadas de processamento fazem-nos subir e, no fim, uma etapa final toma a decisão. Esse desenho foi inspirado na forma como muitos neurocientistas acreditavam que o cérebro humano funciona.

Mas ratos a orientar-se num corredor usando apenas dois bigodes vieram baralhar essa narrativa.

Sinais associados à decisão apareceram onde ninguém os esperava - bem no interior da região cerebral responsável pelo tacto, antes sequer de a informação chegar às áreas tradicionalmente apontadas como o lugar “onde se decide”.

O retrato clássico

Durante anos, a decisão foi descrita pelos neurocientistas como uma corrida de estafetas. Os sinais sensoriais sobem uma hierarquia e “terminam” no córtex frontal, onde a escolha é feita. As regiões iniciais sentem. As regiões finais decidem.

Só que esse retrato começou a vacilar. Em registos anteriores, iam surgindo indícios de que áreas sensoriais precoces acompanhavam escolhas, e não apenas estímulos. Como esses sinais pareciam fracos e raros, era fácil atribuí-los a ruído de movimento.

Agora, Yurii Vlasov, Ph.D., professor de engenharia eléctrica e de computadores na University of Illinois Urbana-Champaign (UIUC), e o estudante de pós-graduação Alex Armstrong apresentam uma resposta mais limpa.

O seu desenho experimental forçou a questão: se se reduzir a entrada sensorial a quase nada, será que uma decisão “a sério” ainda se forma no primeiro ponto do córtex onde o tacto chega? Sim.

Só dois bigodes

Normalmente, os ratos são treinados durante semanas para tarefas de decisão perceptiva. Ficam com a cabeça fixa e “apalpam” objectos em troca de água. Este trabalho fez quase o inverso.

A equipa criou uma realidade virtual táctil: uma esfera flutuante sobre a qual o rato corre, combinada com paredes motorizadas que respondem aos próprios movimentos do animal.

Depois, apararam todos os bigodes excepto um par emparelhado, os bigodes C2. O rato passou a ter de ler o ambiente através de dois pêlos finíssimos - e nada mais.

Ao fim de três ou quatro sessões de habituação, os animais já navegavam com cerca de 80 por cento de precisão. Sem recompensas de treino. Sem protocolos de modelagem do comportamento. O comportamento emergiu de forma natural.

Dentro do “barril”

Cada bigode corresponde ao seu próprio “pedaço” de córtex. Nos ratos, esses pedaços são conhecidos como colunas de barril. O barril do bigode C2 fica no córtex somatossensorial primário - wS1, a primeira paragem dos sinais tácteis vindos desse bigode.

Enquanto os ratos navegavam, os investigadores introduziram matrizes densas de eléctrodos ao longo dessa coluna e registaram, em simultâneo, centenas de neurónios, abrangendo todas as camadas desse fragmento cortical.

Essa densidade é o ponto decisivo. Estudos mais antigos observavam apenas algumas células de cada vez. Padrões que só se revelam ao nível de uma população inteira ficam invisíveis nessa escala.

E o que surgiu não encaixava no papel padrão de uma área “apenas sensorial”. Os disparos neuronais não estavam só a reportar onde a parede tocava no bigode: acompanhavam para que lado o rato estava prestes a virar.

Colapso para um

No início de cada aproximação, a actividade parecia dispersa - centenas de neurónios a disparar em múltiplas direcções, como se a região estivesse apenas a sentir.

Depois, deu-se um colapso. Em menos de um segundo, quase toda a população passou a ficar sincronizada, a subir em conjunto ao longo de uma única dimensão. Ao cruzar um limiar, o rato virava.

Há muito que os teóricos prevêem um padrão deste tipo: evidência a acumular-se de forma contínua até atingir um ponto de viragem e a escolha ficar selada. As descrições de manual colocam esse ponto de viragem mais tarde no circuito, em regiões pré-motoras ou frontais.

Até este estudo, ninguém tinha captado com este nível de detalhe toda essa subida a desenrolar-se dentro de uma única coluna sensorial.

Decisões em circuito

A actividade pareceu ser moldada por sinais de retorno vindos de regiões cerebrais superiores. Os investigadores dizem que o padrão é compatível com a hipótese de áreas mais altas enviarem informação de volta para baixo enquanto o tacto ainda está a ser processado.

Aqui, a metáfora da corrida de estafetas deixa de servir. O processamento associado à decisão parece decorrer em ciclos de feedback, e não numa marcha linear de baixo para cima - do sentir para o decidir. A informação reverbera entre camadas e regiões antes de a escolha estabilizar.

Em linguagem simples, a parte do cérebro que “sente” e a parte que “pensa” estão a fazer trabalho semelhante ao mesmo tempo, a trocar sinais de ida e volta.

Lições para a IA

Vlasov é, antes de mais, engenheiro. Há anos que defende que os cérebros computam de formas que a IA actual não consegue reproduzir. A maioria dos grandes sistemas de IA é de propagação directa: a informação flui num só sentido, sem ciclos que devolvam influência.

A diferença nota-se no consumo energético. Os cérebros funcionam com cerca de 20 watts. Grandes modelos de IA chegam a gastar megawatts para realizar um trabalho muito menos flexível, como têm destacado análises recentes sobre a procura energética destes modelos.

“Queremos aprender com mil milhões de anos de evolução”, disse Vlasov. Para ele, essa arquitectura em loop dentro de uma única coluna cortical é uma pista que vale a pena copiar.

Limites a ter em conta

As conclusões vêm de ratos, não de humanos, e os registos ficaram limitados a uma única coluna cortical. O feedback de regiões cerebrais superiores foi inferido a partir do padrão de actividade em wS1, e não medido directamente nessas regiões. Resta estabelecer se a mesma dinâmica se aplica à percepção táctil humana ou a outros sentidos.

O que muda agora

Para a área, o resultado resolve um debate. A actividade relacionada com a decisão no córtex sensorial primário não é um efeito secundário ténue de movimento ou atenção. Faz parte do cálculo da decisão - e chega cedo.

Isto altera o ponto onde os investigadores podem procurar as raízes da percepção. Perturbações do tacto - dor crónica, neuropatia, certos síndromes pós-AVC - podem estar entrelaçadas com circuitos de decisão de formas que ainda não tinham sido mapeadas.

Para a IA, a mensagem é de arquitectura. Redes neuronais eficientes - capazes de raciocinar sem consumirem a electricidade de uma pequena cidade - poderão precisar de loops de feedback incorporados desde o início.

Ao que tudo indica, as decisões não esperam que uma parte “pensante” do cérebro assuma o controlo. Elas já estão a acontecer nas partes que sentem.