por Philippe Alès
Tempo de reação
Como é que o nosso cérebro controla o tempo?
Segundo um estudo realizado por um grupo de investigadores da Fundação Champalimaud o tempo é representado dentro de uma área específica do cérebro, chamada estriado, onde a atividade neuronal passa como uma onda lenta, ou seja, de uma forma sequencial. Imagine que está a conduzir para o trabalho, atrasado para uma reunião importante. Está quase a chegar, mas é obrigado a parar num semáforo vermelho. Qual o momento em que vai arrancar? Se o fizer demasiado cedo vai gastar combustível e energia, mas se o fizer no momento certo vai conseguir chegar ao trabalho a tempo da reunião. Estimar o momento certo para a realização de uma ação depende essencialmente da nossa capacidade inata para controlar o tempo. Mas qual é o mecanismo neural que sustenta essa capacidade? “Sabemos que para as ações serem bem-sucedidas, o cérebro tem que manter o controlo do tempo”, explica Joe Paton, investigador principal no Centro Champalimaud. “O tempo está implícito na natureza, e é difícil fazer a separação do contexto comportamental e sensorial, o que torna o seu estudo um desafio”. Para o estudo que foi publicado a 23 de abril na revista científica Current Biology, os investigadores concentraram-se numa região do cérebro chamada estriado. “Existem muitas evidências que indicam o estriado como a área do cérebro responsável pelo chamado timing”, refere Paton, “por exemplo, em muitas patologias onde esta área do cérebro é afetada, como o Parkinson e a doença de Huntington, os pacientes apresentam disfunções nesse controlo do tempo.” Gustavo Mello, aluno de doutoramento do grupo liderado por Joe Paton, explica como testaram o comportamento de controlo do tempo em ratos “Preparámos uma tarefa na qual os ratos tinham que
pressionar uma alavanca para receber uma recompensa, que só estava disponível periodicamente. Por exemplo, ao longo de uma sequência de 15 ensaios, a nova recompensa só ficava disponível 30 segundos após a última recompensa recebida. Para percebermos se o rato era capaz de estimar os diferentes intervalos de tempo, após esses 15 ensaios, o tempo de espera foi alterado aleatoriamente para mais curto ou mais longo.” Os investigadores observaram que os ratos mudavam o seu comportamento conforme os diferentes tempos de espera. “Do mesmo modo que nós nos comportamos quando esperamos que um semáforo fique verde, os ratos também parecem preferir não desperdiçar energia e apenas pressionam a alavanca quando já passou tempo suficiente”, explica Gustavo Mello. Para perceberem qual o mecanismo neuronal que está na base deste comportamento, os investigadores registaram a atividade dos neurónios no estriado, enquanto os ratos realizavam a tarefa. Os resultados revelaram que a representação do tempo é codificada de uma forma disseminada, isto é, por toda a população de neurónios no estriado. “Descobrimos que, de cada vez que os ratos iniciavam uma tarefa, os seus neurónios respondiam através de ondas lentas, mas fiáveis, de atividade neuronal sequencial”, diz Sofia Soares, também aluna de doutoramento neste grupo de investigação. “Esta atividade neuronal sequencial manteve-se ao longo dos diferentes tempos de espera, mas o seu
Rua dos Santos Mártires, 3810-171 Aveiro · tel. 234 427 053 · www.fabrica.cienciaviva.ua.pt · www.facebook.com/fccva · fabrica.cienciaviva@ua.pt
timing mudou. Ou seja, quando o tempo de espera era mais longo a sequência era mais lenta e vice-versa. Assim, a sequência aumentava ou diminuía de acordo com o intervalo entre o comportamento do animal e a chegada da recompensa. Desta forma, basta-nos olhar para o local onde a onda de atividade neuronal se encontra na população de neurónios do estriado para perceber quanto tempo já passou. Mas em que medida a redução ou a expansão de uma sequência nos ajuda a perceber como é que o cérebro controla o tempo? Segundo Gustavo Mello, “esta informação indica-nos que o tempo no cérebro é algo relativo, e não absoluto, uma vez que é medido como um ponto dentro de um intervalo e não como uma unidade, como o segundo ou a hora.” “Esta é a primeira vez que é estudada a diversidade da dinâmica da atividade neuronal no estriado, durante uma tarefa de timing. Este estudo permitiu-nos demonstrar que as populações de neurónios codificam a noção de tempo de um modo consistente com o comportamento de controlo de tempo (timing). Além disso, descobrimos que os neurónios combinam tanto informações motoras como de timing. Esta combinação de tempo e ações é consistente com toda a aprendizagem motora de seleção e ação, que são funções nas quais o estriado tem um papel essencial”, conclui Joe Paton. Maria João Soares Fundação Champalimaud Ciência na Imprensa Regional / Ciência Viva
Mais vale saber…
Comunicação entre neurónios
O que preciso? - Régua de 50 cm - 2 pessoas
Os neurónios são células altamente especializadas na transmissão de informações, na forma de impulsos nervosos. São a unidade-base do sistema nervoso. Na base de qualquer ação está a atividade dos Como fazer? neurónios responsáveis pela transmissão de mensagens, 1- Segurar a régua, com a ponta dos dedos, na marca como por exemplo, na coordenação visual e muscular, dos 50 cm, e pendurada na vertical. no afastamento da mão quando nos queimamos, na 2- Desafiar outra pessoa a colocar a mão na marca dos tomada de decisões, na resolução de um problema 0 cm, sem a tocar. matemático, etc. 3- Largar a régua e a outra pessoa terá de a agarrar, Os neurónios diferem segundo as suas funções e com a ponta dos dedos, o mais rapidamente possível. localização, contudo um neurónio típico apresenta três 4- Registar o nível onde a régua foi agarrada. partes distintas: o corpo celular, onde se encontra o 5- Converter a distância percorrida (centímetros) em núcleo da célula; as dendrites, prolongamentos finos tempo de reação (segundos). e geralmente ramificados que conduzem os estímulos captados do ambiente ou de outras células em direção ao corpo celular; e o axónio, prolongamento que Distância percorrida (cm) Tempo reação (s) transmite os impulsos nervosos vindos do corpo 5 0.10 celular, quer para outros neurónios, quer para músculos 10 0.14 e glândulas. 15 0.18 As dendrites captam o estímulo, geram o impulso 20 0.20 nervoso e conduzem-no ao corpo celular do neurónio. 25 0.23 O impulso é depois transmitido ao axónio e conduzido 30 0.25 às ramificações terminais que, por sua vez, estão 35 0.27 próximas das dendrites do neurónio vizinho, não 40 0.29 havendo, contudo, contacto físico entre si. Este ponto 45 0.31 de contacto especializado através do qual o sinal é transmitido designa-se por sinapse. O que acontece? Quando o impulso nervoso atinge as extremidades A informação visual é transmitida ao cérebro que, do axónio do neurónio emissor, induz a libertação depois de processar e interpretar o estímulo, envia um de substâncias químicas, denominadas comando motor aos músculos dos braços e mãos para neurotransmissores, que se difundem no espaço agarrarem a régua. O tempo de reação é, portanto, a sináptico, e que têm a capacidade de se combinar com quantidade de tempo que decorre entre a perceção recetores presentes nas dendrites do neurónio física de um estímulo e o momento exato em que se adjacente. Deste modo ocorre comunicação entre atua. O tempo de reação pode variar consoante alguns neurónios. fatores. Experimente, por exemplo, fazer a mesma experiência com pessoas de diferentes idades por Nicolas Rougier
457
Experimentandum
Ciência na Agenda
17
11h00 “Rosetta no rasto do cometa” - Conversa
20 jan
18h00 “Para Que Serve a Felicidade?” com
24 jan
11h00 Pai, vou ao espaço e já volto! – “A conquista
jan
até
24 jan 29 jan
de astronomia, com o astrónomo José Matos, na Fábrica Centro Ciência Viva de Aveiro.
Fernando Alvim e Valter Hugo Mãe, no Teatro Aveirense.
Corpo celular
Dendrites
do espaço”, na Fábrica Centro Ciência Viva de Aveiro.
Exposição “Rosetta no rasto do cometa”, na Fábrica Centro Ciência Viva de Aveiro.
Axónio
19h30 Babysitting de Ciência, na Fábrica Centro >00h00 Ciência Viva de Aveiro.
b
iala
ed
Gm /AT
SA
©E
© ESA/A TG me
dialab
17 JANEIRO’16 | 11H00>12H00
© ESA/ATG
medialab
Durante dez anos e até agosto de 2014, Rosetta, a sonda europeia, viajou pelo espaço até ao seu destino: o astro gelado 67P Churyumov--Gerasimenko. Lançou então o seu módulo Philae, inaugurando as aterragens cósmicas em cometas, e desde esse dia, Rosetta tem investigado o 67P Churyumov-Gerasimenko. Só o vai deixar no final deste ano. Sobre tal viagem e tantas descobertas, pode conversar-se uma boa hora, com um astrónomo tão rigoroso quanto informal! Data domingo, 17 janeiro’16 Local Fábrica Centro Ciência Viva de Aveiro Horário 11h00 › 12h00 Público-alvo famílias e público geral (a partir dos 7 anos) Entrada 3€ por pessoa Inscrição obrigatória 234427053 ou fabrica.cienciaviva@ua.pt
Terminações do axónio Fábrica Centro Ciência Viva de Aveiro 2016