Sabemos muito, mas não o suficiente, sobre como as engrenagens se encaixam. Piyushgiri Revagar, CC BY-NC-ND

As decisões abrangem uma vasta gama de complexidade. Há realmente simples: eu quero uma maçã ou um pedaço de bolo com o meu almoço? Então há muito mais complicados: que carro devo comprar ou que carreira devo escolher?

Neurocientistas como eu identificaram algumas das partes individuais do cérebro que contribuem para tomar decisões como essas. Áreas diferentes processar sons, vistas ou pertinente conhecimento prévio. Mas entender como esses atores individuais trabalham juntos como uma equipe ainda é um desafio, não apenas para entender a tomada de decisões, mas para todo o campo da neurociência.

Parte da razão é que, até agora, a neurociência operou em um modelo de pesquisa científica tradicional: os laboratórios individuais trabalham por conta própria, geralmente com foco em uma ou algumas áreas do cérebro. Isso torna difícil para qualquer pesquisador interpretar dados coletados por outro laboratório, porque todos nós temos pequenas diferenças na forma como executamos experimentos.

Neurocientistas que estudam a tomada de decisões estabelecem todos os tipos de jogos diferentes para os animais brincarem, por exemplo, e coletamos dados sobre o que acontece no cérebro quando o animal faz um movimento. Quando todos têm uma configuração experimental e uma metodologia diferentes, não podemos determinar se os resultados de outro laboratório são uma pista sobre algo interessante que está realmente acontecendo no cérebro ou apenas um subproduto das diferenças de equipamento.

A Iniciativa BRAIN, que o governo Obama lançou no 2013, começou a encorajar o tipo de colaboração que a neurociência precisa. Eu só acho que não foi longe o suficiente. Então, eu co-fundei um projeto chamado Laboratório Internacional de Cérebro - um mega-laboratório virtual composto de muitos laboratórios em diferentes instituições - para mostrar que o provérbio "só nós vamos rápido, juntos vamos longe" é válido para a neurociência. A primeira questão que a colaboração está a abordar centra-se na tomada de decisão pelo cérebro.

Equipe de decisão do cérebro

Laboratórios de neurociência individuais já descobriram muito sobre como determinadas áreas do cérebro contribuem para a tomada de decisões.

Digamos que você esteja escolhendo entre uma maçã ou um pedaço de bolo para acompanhar o almoço. Primeiro, você precisa saber que maçãs e bolo são as duas opções. Isso requer ação das áreas do cérebro que processam informações sensoriais - seus olhos veem a pele vermelha brilhante da maçã, enquanto o nariz absorve o cheiro doce do bolo.

Essas áreas sensoriais geralmente se conectam ao que chamamos de áreas de associação. Os pesquisadores tradicionalmente acham que desempenham um papel colocando diferentes informações juntos. Ao agrupar as informações dos olhos, dos ouvidos e assim por diante, as áreas de associação podem dar uma resposta mais coerente, visão geral do que está acontecendo no mundo.

E por que escolher uma ação em detrimento da outra? Essa é uma pergunta para o cérebro circuito de recompensa, que é crítico em pesando o valor das diferentes opções. Você sabe que o bolo vai ter um sabor docemente delicioso agora, mas você pode se arrepender quando for para a academia mais tarde.

Então, há o córtex frontal, que é acreditado para jogar um papel no controle da ação voluntária. Pesquisas sugerem que está envolvido em se comprometer com uma determinada ação quando chega informação suficiente. É a parte do cérebro que pode lhe dizer que o pedaço de bolo cheira tão bem que vale a pena todas as calorias.

Entender como essas diferentes áreas do cérebro trabalham juntas para tomar decisões pode ajudar a entender o que acontece nos cérebros doentes. Pacientes com distúrbios como autismo, esquizofrenia e mal de Parkinson frequentemente usam informações sensoriais de maneira incomum, especialmente se forem complexas e incertas. Pesquisas sobre tomada de decisão também podem informar o tratamento de pacientes com outros transtornos, como abuso de substâncias e dependência. De fato, vício é talvez um excelente exemplo de como a tomada de decisão pode dar muito errado.

Uma colaboração de laboratório espalhada pelo mundo

Neste momento, os neurocientistas estão tirando muitos instantâneos do que acontece em áreas específicas do cérebro quando toma uma decisão. Mas eles não estão se coordenando muito, então essas peças não se encaixam para nos dar uma visão geral da tomada de decisões de que precisamos.

É por isso que um grupo de nós se juntou para formar o Laboratório Internacional de Cérebro. Com o apoio da International Neuroinformatics Coordinating Facility, da Wellcome Trust e da Simons Foundation (também financiadora da The Conversation US), pretendemos criar esse grande panorama projetando um experimento em larga escala que usa exatamente a mesma abordagem para estudar muitos diferentes áreas do cérebro. Como o cérebro é tão complexo, precisamos da experiência de muitos laboratórios diferentes, cada um especializado em áreas específicas do cérebro. Mas precisamos que eles coordenem e usem a mesma abordagem para que possamos juntar todos os diferentes pedaços da imagem.

Estamos reunindo uma equipe de cientistas da 21 que trabalhará muito de perto para entender como bilhões de neurônios trabalham juntos em um único cérebro para tomar decisões. Cerca de uma dúzia de diferentes laboratórios farão parte de um grande experimento medindo a atividade dos neurônios em animais envolvidos exatamente no mesmo jogo. Os membros da nossa equipe registrarão a atividade de centenas de neurônios no cérebro de cada animal. Nós coletamos dezenas de milhares de gravações neuronais que podemos analisar juntos.

Mantenha-o simples

Nas decisões do mundo real, você está combinando muitas informações diferentes - seus sinais sensoriais, seu conhecimento interno sobre o que é gratificante, o que é arriscado. Mas implementar isso em um contexto de laboratório é bem difícil.

Esperamos recriar a experiência de forrageamento natural de um rato. Na vida real, existem muitos caminhos diferentes que um animal pode seguir enquanto navega pelo mundo em busca de algo para comer. Quer encontrar comida, porque a comida é gratificante. Ele usa dicas sensoriais recebidas, como: "Oh, eu vejo um grilo lá!" Um animal pode combinar isso com uma lembrança de recompensa, como: "Eu sei que esta área tem arbustos berry exuberantes, eu lembro de ontem, então eu Eu vou lá. Ou: "Eu sei que aqui foi um gato da última vez, então é melhor eu evitar essa área."

Na primeira passagem, a configuração que estamos usando para o Laboratório Internacional de Cérebro não parece muito natural. O mouse tem um pequeno dispositivo que ele usa para relatar decisões - na verdade, é uma roda de um conjunto de Lego. Por exemplo, pode aprender que quando vê uma imagem de uma grade vertical e gira a roda até que a imagem esteja centralizada, ela recebe uma recompensa. Se você pensar sobre o que é forragear - explorando o ambiente, tentando encontrar recompensas, fazendo uso de sinais sensoriais e conhecimento prévio - essa simples atividade de roda de Lego captura sua essência.

Nós realmente tínhamos que pensar sobre o trade-off entre ter um comportamento que fosse complexo o suficiente para nos dar uma visão sobre cálculos neurais interessantes, e um que fosse simples o suficiente para que pudesse ser implementado da mesma forma em muitos laboratórios experimentais diferentes. O equilíbrio que atingimos foi uma tarefa de tomada de decisão que começa simples e se torna mais e mais complexa à medida que um animal individual alcança diferentes estágios de treinamento.

Mesmo no estágio mais simples e mais inicial que estamos olhando, onde os animais estão apenas fazendo movimentos voluntários, eles estão decidindo quando fazer um movimento para colher uma recompensa. Tenho certeza de que podemos ir muito além, mas mesmo que isso aconteça, ter medições neurais de todo o cérebro durante um comportamento simples como esse será muito interessante. Nós não sabemos como isso acontece no cérebro que você decide quando tomar uma determinada ação e como executar essa ação. Ter medições neurais de todo o cérebro do que aconteceu pouco antes de o animal decidir espontaneamente obter uma recompensa será um grande passo à frente.

Sobre o autor

Anne Churchland, professora associada de neurociência, Laboratório Cold Spring Harbor

Este artigo foi originalmente publicado em A Conversação. Leia o artigo original.

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