Cientistas descobrem como os neurônios fazem contas

Os neurônios no cérebro da mosca da fruta multiplicam dividindo-se pelo recíproco.
[Imagem: MPI for Biological Intelligence/ Kuhl]

Como os neurônios fazem contas

Reconhecemos facilmente os objetos e a direção em que eles se movem: Nosso cérebro calcula essa informação com base nas mudanças locais na intensidade da luz detectadas pela nossa retina.

Mas isso não acontece só na visão: Por exemplo, para localizar um som ou reconhecer a direção do movimento visual, acredita-se que neurônios individuais multipliquem dois sinais.

Há poucos dias, cientistas anunciaram a descoberta de "neurônios matemáticos" no cérebro.

Agora, uma outra equipe descobriu como os cálculos ocorrem no nível de neurônios individuais, ou seja, como os neurônios fazem contas.

Aritmética dos neurônios

Em uma rede de células nervosas comunicantes, cada célula precisa calcular seu sinal de saída com base em uma infinidade de sinais de entrada. Certos tipos de sinais aumentarão e outros reduzirão o sinal de saída - processos que os neurocientistas chamam de "excitação" e "inibição".

Modelos teóricos assumem que ver o movimento requer a multiplicação de dois sinais. Mas até agora ninguém sabia como essas operações aritméticas são realizadas no nível de neurônios individuais.

Lukas Groschner e seus colegas do Instituto Max Planck de Inteligência Biológica (Alemanha) resolveram esse quebra-cabeça em um tipo específico de neurônio, as chamadas células T4 do sistema visual, que respondem apenas ao movimento visual em uma direção específica.

A equipe conseguiu pela primeira vez medir os sinais de entrada e saída de células T4 individuais em moscas da fruta.

Para isso, os neurobiólogos colocaram a cobaia em um cinema em miniatura e usaram minúsculos eletrodos para registrar as atividades elétricas dos neurônios. Como as células T4 estão entre os menores de todos os neurônios, as medições exigiram um aprimoramento inédito das técnicas experimentais.

Foi necessário criar eletrodos capazes de monitorar neurônios individuais no olho da pequena mosca da fruta.
[Imagem: Lukas N. Groschner et al. - 10.1038/s41586-022-04428-3]

Divisão e multiplicação nos neurônios

Os dados revelaram que a atividade de uma célula T4 é constantemente inibida.

No entanto, se um estímulo visual se move em uma determinada direção, a inibição é brevemente suspensa. Dentro dessa pequena janela temporal, um sinal excitatório de entrada é amplificado: Matematicamente, a inibição constante é equivalente a uma divisão; remover a inibição resulta em uma multiplicação dos sinais de saída.

"Nós descobrimos uma base simples para um cálculo complexo em um único neurônio," disse Groschner. "A operação inversa de uma divisão é uma multiplicação. Os neurônios parecem ser capazes de explorar essa relação," acrescentou seu colega Jonatan Malis.