O que ensinar ratos a dirigir me revelou sobre o comportamento humano – Jornal Estado de Minas

Ensinar ratos a dirigir um carro pequeno em um laboratório teve efeitos surpreendentes – ensinou cientistas sobre os benefícios de antecipar a alegria trazida pelas coisas que amamos.

Criamos nosso primeiro carro para roedores usando um recipiente de plástico. Depois de muitas tentativas e erros, meus colegas e eu descobrimos que os ratos podiam aprender a dirigir segurando um pequeno fio que funcionava como pedal do acelerador.

Em pouco tempo, eles estavam dirigindo com surpreendente precisão para chegar a uma porção de cereal Froot Loop.

Como esperado, os ratos que estavam em ambientes “enriquecidos” – com muitos brinquedos, espaço e companheiros de brincadeira – aprenderam a dirigir mais rapidamente do que aqueles que estavam em gaiolas normais.

Esta descoberta apoiou a ideia de que ambientes complexos melhoram a neuroplasticidade: a capacidade do cérebro de mudar ao longo da vida em resposta às demandas ambientais.

Depois que publicamos nossa pesquisa, a história sobre ratos dirigindo se tornou viral na mídia. O projeto continua em meu laboratório, com novos (e aprimorados) veículos operados por mouse, ou ROVs, projetados pelo professor de robótica John McManus e seus alunos.

Esses ROVs elétricos atualizados – com fiação à prova de ratos, pneus indestrutíveis e alavancas de direção ergonômicas – são como uma versão roedor do Cybertruck da Tesla.

Como neurocientista que defende habitats naturais para animais de laboratório, achei divertido ver o quanto nos afastamos das minhas práticas laboratoriais com este projeto. Os ratos normalmente preferem sujeira, paus e pedras a objetos de plástico. Agora, nós os tínhamos dirigindo carros.

Mas os humanos também não evoluíram para dirigir. Embora os nossos antepassados ​​não tivessem carros, tinham cérebros flexíveis que lhes permitiram adquirir novas competências – fogo, linguagem, ferramentas de pedra e agricultura. E, algum tempo depois da invenção da roda, os humanos fabricaram carros.

Embora os carros feitos para ratos estejam longe de tudo o que eles encontrariam na natureza, acreditávamos que dirigir representava uma forma interessante de estudar como os roedores adquirem novas habilidades.

Inesperadamente, descobrimos que os ratos estavam intensamente motivados para o treinamento de direção, muitas vezes pulando para dentro do carro e acelerando a “alavanca do motor” antes que o veículo pegasse a estrada. Por que isso aconteceu?

Usando abordagens clássicas de aprendizagem, como o “condicionamento operante”, que reforça o comportamento direcionado com incentivos estratégicos, treinamos ratos passo a passo em um programa de educação para motoristas.

Inicialmente, os ratos aprenderam movimentos básicos, como entrar no carro e apertar uma alavanca. Mas com a prática, estas ações simples evoluíram para comportamentos mais complexos, como conduzir um carro em direção a um destino específico.

Os ratos também me ensinaram algo profundo certa manhã durante a pandemia.

Era o verão de 2020, uma época marcada pelo isolamento emocional para quase todas as pessoas do planeta, até mesmo para ratos de laboratório.

Quando entrei no laboratório, notei algo inusitado: os três ratos treinados para dirigir correram ansiosos para a lateral da gaiola, pulando como meu cachorro faz quando perguntado se quer dar um passeio.

Os ratos sempre fizeram isso e eu simplesmente não percebi? Eles estavam apenas entusiasmados para comer Froot Loop ou entusiasmados com a possibilidade de dirigir? Seja qual for o caso, eles pareciam estar sentindo algo positivo – talvez excitação e expectativa.

Comportamentos associados a experiências positivas estão associados à alegria nos humanos.

Mas e os ratos? Eu estava vendo algo semelhante à alegria em um rato? Talvez sim, considerando que a investigação em neurociência sugere cada vez mais que a alegria e as emoções positivas desempenham um papel crítico na saúde, tanto em humanos como em não humanos.

Com isso, minha equipe e eu mudamos o foco: passamos da tentativa de entender como o estresse crônico influencia o cérebro para como os eventos positivos – e a antecipação desses eventos – moldam a função neural.

Trabalhando com a pesquisadora de pós-doutorado Kitty Hartvigsen, desenvolvi um novo protocolo que utilizava períodos de espera para aumentar a antecipação antes de um evento positivo.

Incorporando o condicionamento pavloviano, os ratos precisaram esperar 15 minutos depois que um bloco de Lego foi colocado na gaiola antes de receberem um Froot Loop. Eles também tiveram que esperar alguns minutos em uma gaiola de transporte antes de entrar no “Parque dos Ratos”, sua área de lazer. Também adicionamos desafios, como descascar sementes de girassol antes de comê-las.

Isso deu origem ao nosso programa de pesquisa”Espere por isso“.

Chamamos esta nova linha de estudo de UPERs – um acrônimo para respostas imprevisíveis de experiência positiva – em que os ratos foram treinados para esperar por recompensas.

Para efeito de comparação, os ratos utilizados como grupo de controle receberam suas recompensas imediatamente. Após cerca de um mês de treinamento, expomos os ratos a diferentes testes para determinar como a espera por experiências positivas afeta o modo como aprendem e se comportam. Atualmente estamos realizando testes para mapear as marcas que experiências positivas prolongadas deixam em seu cérebro.

Os resultados preliminares sugerem que os ratos forçados a esperar pelas suas recompensas mostram sinais de mudança de um estilo cognitivo pessimista para um otimista. Apresentaram melhor desempenho em tarefas cognitivas e foram mais ousados ​​na criação de estratégias de resolução de problemas.

Conectamos este programa ao interesse mais amplo do nosso laboratório em “produtos químicos comportamentais”, um termo que criei para sugerir que as experiências podem alterar a química do cérebro de maneira semelhante aos medicamentos.

Esta pesquisa reforça a ideia de como a antecipação pode fortalecer o comportamento.

Trabalhos anteriores com ratos de laboratório mostraram que ratos que pressionam uma barra para obter cocaína – um estimulante que aumenta a ativação da dopamina – experimentam um aumento nos níveis de dopamina já durante a antecipação da dose de cocaína.

Descobrimos que ratos treinados para antecipar experiências positivas tinham maior probabilidade de manter o rabo para cima do que ratos não treinados.

Não foram apenas os efeitos da antecipação no comportamento dos ratos que chamaram a nossa atenção. Um dia, um estudante percebeu algo estranho: um dos ratos do grupo treinado para esperar experiências positivas estava com o rabo reto para cima, com uma curva na ponta, lembrando o cabo de um guarda-chuva antigo.

Em décadas trabalhando com ratos, eu nunca tinha visto isso. Ao revisar as gravações de vídeo, descobrimos que ratos treinados para antecipar experiências positivas eram mais propensos a manter o rabo erguido do que ratos não treinados. Mas o que exatamente isso significa?

Curioso, postei uma foto do comportamento nas redes sociais. Outros neurocientistas identificaram isso como uma forma mais branda da chamada “cauda de Straub”, normalmente observada em ratos que receberam morfina. Esta cauda em forma de S também está ligada à dopamina. Quando a dopamina é bloqueada, o comportamento de “cauda straub” diminui.

Formas naturais de opioides e dopamina – capazes de interferir nas vias cerebrais que diminuem a dor e aumentam a recompensa – parecem ser os ingredientes reveladores para caudas altas em nosso programa de treinamento de antecipação.

Observar a postura da cauda em ratos acrescenta uma nova camada à nossa compreensão da expressão emocional em ratos, lembrando-nos que as emoções são expressas por todo o corpo.

Embora não possamos perguntar diretamente aos ratos se eles gostam de dirigir, desenvolvemos um teste comportamental para avaliar a sua motivação para dirigir. Desta vez, em vez de apenas dar aos ratos a opção de dirigir até o local do Froot Loop, eles também poderiam fazer uma viagem mais curta a pé – ou nas patas, neste caso.

Surpreendentemente, dois dos três ratos optaram por seguir o caminho menos eficiente de se afastar da recompensa e correr até o carro para dirigir até a parte do Froot Loop. Esta resposta sugere que os ratos desfrutam tanto da viagem como da gratificação que receberão no destino.

A pesquisa também mostrou que ambientes desejáveis ​​e de baixo estresse ajustam os circuitos de recompensa no cérebro do rato.

Não somos a única equipa que investiga emoções positivas em animais. O neurocientista Jaak Panksepp fez cócegas em ratos, demonstrando sua capacidade de sentir alegria.

Estudos também revelaram que ambientes de baixo estresse ajustam os circuitos de recompensa no cérebro dos ratos, como o núcleo accumbens. Quando os animais vivem em ambientes de sua preferência, a área do núcleo accumbens que responde a experiências prazerosas (comportamentos motivados por reforço positivo) se expande.

Por outro lado, em contextos estressantes, aumentam as áreas do núcleo accumbens associadas ao medo. É como se o cérebro fosse um piano que o ambiente pudesse afinar.

O neurocientista Curt Richter também argumentou que os ratos são capazes de ter esperança. Num estudo que não seria permitido hoje, ratos nadaram em cilindros de vidro cheios de água, acabando por se afogar por exaustão se não fossem resgatados.

Ratos de laboratório frequentemente manipulados por humanos nadaram durante horas ou até dias. Os ratos selvagens desistiram depois de alguns minutos.

No entanto, se estes ratos selvagens fossem brevemente resgatados, a sua sobrevivência prolongava-se dramaticamente, por vezes durante dias. Parecia que o resgate deu esperança aos ratos e os encorajou a continuar.

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*Este artigo é uma adaptação de um texto original publicado em A conversa e foi republicado sob uma licença Creative Commons.