Os pesquisadores superam os porcos piscando e cochilando para provar que os testes cerebrais funcionam

Os cientistas usam um método semelhante para testar o aprendizado e a memória em animais e humanos. Como os experimentos clássicos de Pavlov que ligam um estímulo neutro a uma resposta fisiológica, o teste de piscar combina uma luz ou som com um rápido sopro de ar no olho. Com a repetição, o animal aprende a fechar os olhos, ou piscar, apenas em resposta à luz ou ao som. É chamado de aprendizagem associativa, e a resposta é governada por uma região do cérebro conhecida como cerebelo.

Embora o teste de piscar já exista desde 1922, ele nunca havia sido testado em porcos até agora. Em um novo estudo em Fronteiras na neurociência comportamental, os pesquisadores demonstram que o teste de piscar funciona em porcos de 3 semanas, uma espécie modelo para pesquisas de neurociência nutricional em bebês humanos.

“A ideia é que se podemos melhorar o desenvolvimento estrutural do cérebro por meio de intervenções nutricionais, os porcos deveriam fazer menos testes para aprender a regra. Estamos em processo de avaliação da parte nutricional agora, mas tínhamos que fazer o teste. trabalhe primeiro “, diz Ryan Dilger, professor do Departamento de Ciências Animais da Universidade de Illinois e co-autor do estudo.

Dilger é especialista nos efeitos da nutrição no cérebro em desenvolvimento, e muito de seu trabalho é direcionado diretamente à indústria de fórmulas infantis. Ele usa porcos recém-nascidos porque, ao contrário dos roedores, a anatomia e a estrutura do cérebro, a fisiologia intestinal e as necessidades nutricionais são muito semelhantes às dos bebês humanos.

A equipe de Dilger normalmente estuda a resposta do cérebro de porco a novos ingredientes por meio de imagens de ressonância magnética, MRI, que se concentra na estrutura e no tamanho de várias regiões do cérebro. Eles também se baseiam em tarefas comportamentais bem validadas, como o reconhecimento de novos objetos, que refletem a atividade no hipocampo e no corpo estriado, algumas das regiões do cérebro relacionadas ao aprendizado e à memória.

Mas Dilger queria uma ferramenta para avaliar especificamente o processamento cognitivo no cerebelo. Foi então que ele recorreu a Henk-Jan Boele e Sebastiaan Koekkoek, especialistas em blink e neurocientistas do Erasmus Medical Center na Holanda.

Embora humanos e todos os tipos de animais tenham passado pelo teste de piscar, o paradigma comportamental nunca foi validado para porcos.

“Para condicionamento de piscar de humanos e de camundongo, usamos sistemas completamente diferentes”, diz Boele, um pesquisador de pós-doutorado com duas nomeações na Erasmus e na Universidade de Princeton. “Os humanos são fáceis de instruir, geralmente são muito cooperativos e ficam parados durante o experimento, o que facilita a aplicação do sopro e a medição da pálpebra. A maioria dos ratos se fixa na cabeça durante o experimento, o que facilita a liberação do ar. soprar e medir a pálpebra. Os porcos, por outro lado, foram um desafio porque não queríamos consertar a cabeça deles. Era muito difícil fazer a lufada de ar com segurança e medir as respostas das pálpebras.

“Testamos câmeras de vídeo, diodos e todos os tipos de coisas para capturar a oscilação. E tivemos que usar equipamentos para controlar o sopro de ar que estava muito perto do olho para evitar o atraso. Precisamos de muita nitidez, sopros curtos que não são invasivos para o animal, mas ainda são cronometrados com muita precisão. Então, isso foi um desafio “, diz ele.

A solução foi colar um pequeno pedaço de tubo de ar próximo a um olho e colocar sensores magnéticos na testa e na pálpebra para registrar o piscar. O sistema mediu a oscilação até o milissegundo.

E sim, Boele foi inflado no olho para testar o sistema. Funcionou. “Oh sim, eu pisquei”, ele ri.

Para garantir que os porcos tivessem liberdade de movimento com a cabeça, mas não se levantassem e corressem, os pesquisadores os colocaram em uma caixa de isolamento acústico feita sob medida, equipada com uma rede do tamanho de um porco.

Aparentemente, era muito confortável.

Sangyun Joung, estudante de doutorado no Programa de Neurociência de Illinois e coautor do estudo, diz: “Cada porco teve cinco dias de treinamento para se acostumar com a rede e o ambiente de teste. No terceiro dia, eles estavam muito relaxados, até o ponto em que alguns deles estavam literalmente adormecendo.Isso foi um pequeno desafio para nós durante a análise, porque influenciou definitivamente suas respostas.Mas também nos disse que todo esse paradigma de comportamento não é estressante para eles. Para nós, foi interessante e frustrante ao mesmo tempo. “

Assim que os porcos se acostumaram com a configuração, o verdadeiro trabalho começou. Os porcos realizaram uma série de oito testes consecutivos. O primeiro foi apenas o sopro de ar, para medir o reflexo de piscar. Os próximos seis testes emparelharam uma pequena luz LED azul com o sopro de ar. A luz ficou acesa por meio segundo, 500 milissegundos, e logo no final, com a luz ainda acesa, foi emitida uma lufada de ar. A última parte, com a luz acesa e o ar soprando, durou minúsculos 50 milissegundos. O teste final foi apenas com luz, sem baforada.

Os pesquisadores repetiram cada conjunto de oito testes cinco vezes em cada um dos cinco dias consecutivos. O tempo entre os testes variou um pouco para manter os porcos na dúvida.

“Não era só ligar e desligar, uma vez por segundo. O sistema espera até que o olho esteja em um lugar estável e então repete o teste em momentos aleatórios para que os porcos não possam antecipar a baforada”, diz Dilger.

Mas eles aprenderam, ao longo do experimento de cinco dias, a antecipar a baforada. Logo, os porcos fecharam os olhos exatamente na marca dos 500 milissegundos durante o oitavo teste, aquele com uma leve baforada, mas sem baforada.

“O momento é perfeito. Se você observar as respostas condicionadas da pálpebra, pode ver que a pálpebra está fechada exatamente no momento em que a baforada teria sido aplicada”, diz Boele. “Sincronização perfeita do motor, até o milissegundo. Isso é lindo.”

A equipe de pesquisa aprendeu algo mais sobre porcos que eles não sabiam antes.

“Aprendemos que os porcos podem fechar um olho de cada vez; eles podem piscar um olho. Não tínhamos muita certeza sobre isso”, diz Dilger. “Mas, como eles são porcos, eles vão frustrar você o dia todo. Alguns porcos ficavam parados com os olhos fechados, o que significava que não poderíamos usar esse tema em particular. Eles são criaturas inteligentes.”

O teste de piscar visa especificamente a atividade no cerebelo, a parte do cérebro responsável por fazer previsões inconscientes rápidas. Essas previsões estão relacionadas às respostas motoras, como por exemplo onde caminhar enquanto caminha; e processos cognitivos, como prever o que alguém vai dizer a seguir na conversa.

“O cerebelo está fazendo previsões de curto prazo o tempo todo, continuamente. É essencial interagir com nosso ambiente. Quando pensamos em aprendizagem e memória, muitas vezes pensamos em coisas cognitivas realmente complexas, mas a maior parte de nosso comportamento da vida diária é interações simples e automáticas com nosso ambiente “, diz Boele. “No condicionamento de piscar, o cerebelo basicamente resolve o problema para você. Você não precisa pensar sobre isso. É fazer essa previsão de curto prazo, e é isso que estamos estudando.”

Os porcos nascem com um cerebelo mais desenvolvido do que os bebês humanos. Isso fica claro nos testes de condicionamento de piscar que Boele realizou em bebês de seis a oito meses; eles geralmente não aprendem o dever de casa nessa idade.

Ao contrário dos humanos, os porcos precisam ser capazes de fazer previsões motoras e cognitivas imediatamente, pois podem se levantar e andar minutos após o nascimento. Quando Dilger estuda o cerebelo de porcos usando ressonância magnética, que se concentra principalmente na estrutura, ele geralmente não vê muitas mudanças devido a intervenções nutricionais. Isso porque o cerebelo é mais desenvolvido ao nascer no porco, tornando-o uma espécie precoce. Mas as mudanças nutricionais podem alterar o funcionamento da região do cérebro. Isso é o que o teste de piscar lhe dirá em estudos futuros.

“A função muitas vezes segue a estrutura, mas nem sempre. Ter uma deficiência nutricional pode apresentar um déficit no condicionamento do piscar, essa tarefa de aprendizado associativo”, afirma. “Queremos ser capazes de usar uma intervenção nutricional como uma forma relativamente não invasiva de compreender o desenvolvimento cerebelar aqui.”

O Departamento de Ciências Animais está alojado na Faculdade de Ciências Agrárias, do Consumidor e Ambientais da Universidade de Illinois.