Pesquisadores do MIT mapearam um circuito cerebral anteriormente subestimado que altera como a informação visual é processada dependendo do nível de excitação e movimento de um animal. Num estudo em ratos, mostram que o córtex pré-frontal envia sinais de feedback especializados para regiões visuais e motoras, apertando ou afrouxando representações visuais de acordo com o estado comportamental, conforme relatado na Neuron.
A visão não é apenas uma gravação passiva do mundo exterior, mas é ativamente moldada por estados internos, de acordo com nova pesquisa do MIT.
Num trabalho resumido pelo Picower Institute no MIT, o estudo relata que o córtex pré-frontal — um importante centro de controlo executivo — envia sinais personalizados para o córtex visual primário (VISp) e o córtex motor primário (MOp) em ratos.
Estes sinais ajustam como essas regiões operam com base em fatores como o quão alerta está o animal e se está em movimento, quer afiando ou amortecendo detalhes visuais para priorizar informação relevante.
A equipa, liderada pela investigadora pós-doutoral Sofie Ährlund-Richter, com o autor sénior Mriganka Sur, o Professor Paul and Lilah Newton no The Picower Institute for Learning and Memory e no Departamento de Brain and Cognitive Sciences do MIT, focou-se em duas sub-regiões pré-frontais: o córtex orbitofrontal (ORB) e a área cingulada anterior (ACA).
De acordo com o relatório da ScienceDaily sobre o trabalho, tanto ORB como ACA transmitem informação sobre excitação e movimento para VISp e MOp, mas os seus efeitos diferem. Uma maior excitação aumentou a tendência da ACA para ajudar o VISp a afiar representações visuais, particularmente para estímulos mais incertos ou difíceis de detetar. O ORB só se tornou influente quando a excitação era muito alta, e a sua participação pareceu reduzir a clareza da codificação visual, potencialmente amortecendo respostas a estímulos fortes mas menos relevantes.
"Estas duas sub-regiões PFC estão tipo a equilibrar-se mutuamente", disse Ährlund-Richter. "Enquanto uma melhora estímulos que podem ser mais incertos ou difíceis de detetar, a outra tipo amortecem estímulos fortes que podem ser irrelevantes."
Para mapear estes caminhos, Ährlund-Richter realizou rastreio anatómico detalhado das ligações da ACA e ORB para VISp e MOp. Em experiências adicionais, ratos correram numa roda enquanto viam imagens estruturadas ou filmes naturalistas a diferentes níveis de contraste, e sopros de ar breves foram usados para aumentar a excitação.
Ao longo destas tarefas, os investigadores gravaram atividade neural na ACA, ORB, VISp e MOp, com atenção particular aos sinais que viajam ao longo dos axónios que ligam áreas pré-frontais e posteriores. O trabalho de rastreio mostrou que ACA e ORB comunicam cada uma com múltiplos tipos de células nas suas regiões alvo e seguem padrões espaciais distintos: no VISp, ACA visou principalmente a camada 6, enquanto ORB comunicou principalmente com neurónios na camada 5.
Quando a equipa examinou a informação transmitida e a atividade neural, emergiram vários padrões. Neurónios ACA transmitiram informação visual mais detalhada do que neurónios ORB e foram mais responsivos a mudanças de contraste. A atividade ACA também seguiu de perto o nível de excitação, enquanto ORB só respondeu quando a excitação atingiu um limiar relativamente alto. Ao sinalizar para MOp, ambas as regiões pré-frontais transportaram informação sobre a velocidade de corrida; ao sinalizar para VISp, sinalizaram se o rato estava a mover-se ou imóvel, e também transportaram sinais relacionados com excitação e uma pequena quantidade de detalhe visual para MOp.
Para testar como esta comunicação molda o processamento visual, os cientistas bloquearam temporariamente os caminhos de feedback da ACA e ORB para VISp e depois mediram como os neurónios VISp responderam na ausência dessas entradas. Encontraram que ACA e ORB exerciam influências específicas e opostas na codificação visual que dependiam do movimento do rato e do nível de excitação.
"Essa é a conclusão principal deste artigo: Há projeções direcionadas para impacto direcionado", disse Sur na conta do Picower Institute sobre as descobertas. Os autores escrevem que os seus dados apoiam um modelo de feedback pré-frontal especializado ao nível tanto das sub-regiões pré-frontais como dos seus alvos, permitindo que cada região molde seletivamente a atividade cortical específica do alvo em vez de a modular globalmente.
Além de Ährlund-Richter e Sur, a equipa de investigação incluiu Yuma Osako, Kyle R. Jenks, Emma Odom, Haoyang Huang e Don B. Arnold. De acordo com o resumo da ScienceDaily, o trabalho foi apoiado por uma Wenner-Gren foundations Postdoctoral Fellowship, os National Institutes of Health e a Freedom Together Foundation.
O estudo, intitulado "Distinct roles of prefrontal subregion feedback to the primary visual cortex across behavioral states", foi publicado na Neuron em 2025.