O atlas do cérebro canino lança luz sobre a evolução e as funções do cérebro humano

resumo: Um estudo recente usando o atlas do cérebro canino produziu informações importantes sobre a evolução do cérebro humano. Ao investigar a atividade cerebral em cães por meio de ressonância magnética funcional, os pesquisadores revelaram o papel crítico do córtex cingulado e do lobo pré-frontal lateral na resolução de problemas e na troca de tarefas.

A pesquisa também esclareceu como as regiões do cérebro funcionam em sincronia para formar redes específicas de tarefas. Este estudo inovador oferece potencial para entender as condições relacionadas à comunicação e integração em uma região do cérebro, incluindo envelhecimento, ansiedade e transtornos psiquiátricos.

Principais fatos:

1. O estudo usou um novo atlas cerebral fMRI canino em estado de repouso para analisar a atividade cerebral canina e revelou o importante papel do córtex cingulado no desenvolvimento cerebral dos mamíferos.
2. 33 cães treinados participaram do estudo, e as gravações de fMRI foram feitas quando os cães estavam em repouso.
3. O novo atlas cerebral rs-fMRI pode ajudar a estudar condições nas quais a integração e a comunicação entre as regiões do cérebro são prejudicadas, como envelhecimento, ansiedade e distúrbios psiquiátricos.

fonte: ELTE

Um estudo das redes cerebrais caninas revelou que, durante o desenvolvimento do cérebro dos mamíferos, o papel do córtex cingulado, uma estrutura bilateral localizada no fundo do córtex cerebral, foi parcialmente assumido pelos lobos frontais laterais, que controlam a resolução de problemas, a alternância de tarefas, e comportamento dirigido a objetivos.

O estudo conta com um atlas cerebral fMRI, que pode ajudar a analisar doenças caracterizadas por defeitos na integração e comunicação entre as regiões do cérebro.

Pesquisadores interessados ​​em como os cães pensam podem não apenas inferir isso de seu comportamento, mas também investigar sua atividade cerebral usando ressonância magnética funcional (fMRI) para identificar e ver quais áreas do cérebro estão ativas quando o cão reage a estímulos externos.

O método identifica os mecanismos cerebrais que influenciam o aprendizado e a memória de um cão, levando a métodos superiores de treinamento de cães, bem como aprendendo sobre as etapas evolutivas que levaram à evolução das funções cerebrais humanas.

O Departamento de Behaviorismo da Universidade Eötvös Loránd (ELTE) tem estado na vanguarda do desenvolvimento da metodologia para medições de fMRI canina desde 2006.

A metodologia de treinamento de cães de estimação foi desenvolvida por Márta Gácsi, que também fez contribuições significativas para a introdução do treinamento de cães de assistência na Hungria.

Ela adotou muitos métodos a partir daí, complementando-os com treinamento socialmente motivado baseado em princípios de treinamento de competição que foram descobertos por meio de pesquisas comportamentais.

Nesta abordagem, o aluno é intensamente motivado a aprender a tarefa observando o trabalho de um cão já treinado e querendo elogiá-lo. Como resultado do treinamento de ressonância magnética, o cão treinado é capaz (e tão animado!) de ficar parado no scanner de ressonância magnética por oito horas, minutos, em vez de carinho e guloseimas esperadas.

Nos últimos anos, fMRI de cães geralmente envolveu tocar sons para animais e investigar quais regiões do cérebro são ativadas durante o processamento de sons pelo cérebro.

Os sinais de atividade cerebral geralmente são exibidos em um atlas anatômico para identificar a área cerebral afetada.

O problema, no entanto, é que as atividades funcionais são irregulares e não seguem necessariamente limites regulares anatomicamente definidos. Partes do cérebro geralmente estão envolvidas no processamento conjunto de entradas específicas, ou seja, trabalham de forma sincronizada, formando uma rede cerebral funcional.

“Decidimos criar um atlas do cérebro canino que organiza regiões anatômicas em redes funcionais, mostra quais regiões pertencem a qual tipo de tarefa e mostra suas localizações”. disse Dora Szabo, primeira autora do estudo publicado na Estrutura e função do cérebro.

Um novo atlas para pesquisadores do cérebro canino

Para criar o atlas funcional do cérebro, 33 cães treinados foram incluídos no estudo. Durante a gravação do fMRI, os cães não receberam nenhuma tarefa além de permanecerem imóveis no scanner.

Este é o chamado fMRI em estado de repouso, ou rs-fMRI para abreviar, que examina a atividade cerebral sem que a pessoa se envolva em nenhuma tarefa específica, sem se concentrar ou pensar em nada em particular, em um “estado de repouso”.

Os dados obtidos dessa maneira podem revelar quais regiões do cérebro estão funcionalmente relacionadas entre si e quais estão intimamente interconectadas, permitindo que os pesquisadores estudem redes e conexões cerebrais.

A metodologia original foi aprimorada pela aplicação da teoria de rede com a ajuda de Milan Yanusov, cientista de redes e dados da Central European University.

Considerando que pesquisas anteriores só podiam descrever redes baseadas em modelos, independentemente dos limites anatômicos, novos atlas cerebrais de ressonância magnética que refletem regiões anatômicas com a precisão necessária permitiram aos pesquisadores estudar a força das conexões entre membros da rede ou entre redes, bem como comparar espécies devido a medindo o número de cachorros grandes.

Os cérebros são dominados por diferentes regiões em cães e humanos

De acordo com o estudo, as redes nos lobos frontais laterais (frontal-parietais) que controlam a resolução de problemas, a alternância de tarefas e o comportamento direcionado a objetivos têm um papel menor em cães do que em humanos. Em seu lugar, o córtex cingulado, uma estrutura bilateral localizada profundamente no córtex cerebral, desempenha um papel central.

Está envolvido em vários processos vitais, além do processamento de recompensas e regulação emocional. O córtex cingulado em cães é proporcionalmente maior do que em humanos.

efeitos do envelhecimento

Os pesquisadores mediram cães de diferentes idades, sendo que o mais velho tinha 14 anos. Como mencionado anteriormente, os cães devem ficar parados para obter medições corretas.

Os dados revelaram que os cães mais velhos eram ligeiramente menos capazes de manter sua posição inicial.

No entanto, essa diferença era tão pequena que, mesmo no caso deles, o deslocamento do cabeçote era inferior a 0,4 mm. Nesse aspecto, eles são semelhantes aos humanos, pois os idosos também têm mais dificuldade em manter a imobilidade por longos períodos de tempo do que os mais jovens”, disse Eniko Coppini, pesquisadora sênior que estuda o envelhecimento cognitivo em cães.

“O estudo fornece um vislumbre do desenvolvimento do cérebro humano, sugerindo que durante a evolução do cérebro dos mamíferos, o papel do córtex cingulado foi parcialmente assumido pelas regiões fronto-parietais”.

Além disso, o novo atlas cerebral rs-fMRI pode ajudar a investigar condições nas quais a integração e a comunicação entre as regiões do cérebro são prejudicadas, levando a uma divisão ineficiente de tarefas. Envelhecimento, ansiedade e transtornos mentais são alguns exemplos de tais condições.

Financiamento: O projeto recebeu financiamento do Conselho Europeu de Pesquisa (ERC, 680040), da Academia Húngara de Ciências por meio de uma bolsa para o Grupo de Pesquisa de Animais de Companhia MTA-ELTE ‘Lendület/Momentum’ (PH1404/21) e o Programa Nacional do Cérebro 3.0 (NAP2022-I-3/2022). ), bem como o Grupo de Pesquisa Ética Comparada ELKH-ELTE (01031).

Sobre esta pesquisa em Neuroscience News

autor: Sara Boom
fonte: ELTE
comunicação: Sarah Baum – ELTE
foto: Imagem creditada a Neuroscience News

Pesquisa original: acesso livre.
“Os nós centrais das redes cerebrais funcionais dos cães estão concentrados no giro do cínguloPor Márta Gácsi et al. Estrutura e função do cérebro

um resumo

Os nós centrais das redes cerebrais funcionais dos cães estão concentrados no giro do cíngulo

Comparado ao campo da fMRI humana, o conhecimento sobre redes funcionais em cães é escasso. Neste artigo, apresentamos o primeiro mapa de rede funcional anatomicamente definida (região de interesse) baseado em ROI do cérebro de cães de companhia. Examinamos 33 cães acordados em um ‘estado livre de tarefas’.

Nossos sujeitos treinados, semelhantes aos humanos, permanecem voluntariamente imóveis durante a varredura. Nosso objetivo é fornecer um mapa de referência com a melhor estimativa atual da organização do córtex cerebral medida pela conectividade funcional.

Os resultados estendem um estudo anterior espacial ICA (Análise de Componente Independente) (Szabo et al. em Sci Rep 9 (1): 1.25. https://doi.org/10.1038/s41598-019-51752-22019), com o estudo atual incluindo (1) mais indivíduos e (2) um protocolo de escaneamento aprimorado para evitar deformidades laterais assimétricas.

em cães, de forma semelhante aos humanos (Sacca et al. em J Neurosci Methods. https://doi.org/10.1016/j.jneumeth.2021.109084, 2021), a obsolescência aumentou o deslocamento da estrutura (ou seja, o movimento da cabeça) no scanner.

Apesar das abordagens inerentemente diferentes entre ICA sem modelo e ROI baseado em modelo, as redes funcionais resultantes mostram notável semelhança.

No entanto, neste estudo, não detectamos uma rede auditiva específica. Em vez disso, identificamos duas redes multirregionais altamente interconectadas que se estendem às regiões parassimpáticas (Sylvian L, Sylvian R), incluindo as respectivas regiões auditivas, juntamente com os córtices associativo, sensorial e insular.

As redes de atenção e controle não são divididas em duas redes ad hoc completamente separadas. Em geral, em cães, os plexos fronto-parietais e axônios eram menos dominantes do que em humanos, com o giro cingulado desempenhando um papel central.

O presente manuscrito fornece a primeira tentativa de mapear redes funcionais de todo o cérebro em cães por meio de uma abordagem baseada em modelo.