Os donos de cães cujos animais de estimação se encontram durante uma caminhada estão familiarizados com a investigação imediata de cheirar que normalmente se segue. Inicialmente, os donos não sabem dizer se seus cães vão acabar brigando, brincando ou tentando montar um no outro. Algo está claramente acontecendo no cérebro do cão para fazê-lo decidir como se comportar em relação ao outro cão — mas o que está acontecendo?

Um novo estudo da Caltech examina essa questão em camundongos: ou seja, como um camundongo macho cheirando um camundongo recém-encontrado decide se faz amor ou guerreia – ou não faz nenhum dos dois e apenas cuida de sua própria vida? A pesquisa revela os circuitos neurais que conectam informações olfativas sobre o sexo de outro camundongo aos pontos de tomada de decisão no cérebro do camundongo que determinam seu comportamento.

O estudo foi liderado pelos pesquisadores de pós-doutorado Bin Yang (Ph.D. '22) e Tomomi Karigo, e conduzido no laboratório de David Anderson, professor de biologia Seymour Benzer, Tianqiao e Chrissy Chen Institute for Neuroscience Leadership Chair, Howard Hughes Medical Institute Investigador e diretor do Tianqiao and Chrissy Chen Institute for Neuroscience. Um artigo descrevendo as descobertas apareceu online na revista Nature em 3 de agosto.

“Entender como um rato escolhe se acasalar ou lutar com outro rato representa a tomada de decisão no cérebro em seu nível mais básico e pode servir como modelo para processos de tomada de decisão mais complexos, mesmo em nossos próprios cérebros”, Anderson diz.

Ao encontrar outro camundongo, o cérebro do camundongo macho precisa decidir como se comportar respondendo a duas perguntas sobre o novo animal: "O que é?" e "O que devo fazer sobre isso?" Responder a essas perguntas requer que o cérebro decodifique a identidade sexual do outro animal e transforme esse código sexual em um plano de ação.

Esse processo ocorre à medida que a atividade elétrica — desencadeada no nariz do camundongo pelo cheiro de um macho ou fêmea — flui para o cérebro por meio de uma série de estruturas, ou nós, até chegar a um ponto de decisão que controla a escolha do comportamento: acasalar ou lutar. O problema é entender o que cada um desses nós está fazendo durante esse processo e como eles desempenham sua função.

Sabia-se anteriormente que a decodificação inicial da identidade sexual de outro camundongo ocorre em um nó chamado amígdala medial, que recebe informações do sistema olfativo. Também se sabia que mais "a jusante" no circuito, o acasalamento ou o comportamento de luta são controlados por dois nós no hipotálamo chamados MPOA e VMHvl, respectivamente. Mas entre a amígdala e o hipotálamo encontra-se um nó enigmático chamado "BNST" (Núcleo de Cama da Stria Terminalis). O que o BNST faz e como o faz?

Estudos anteriores mostraram que, se os neurônios no BNST são mortos ou eletricamente silenciados, camundongos machos que encontram uma fêmea não conseguem fazer a transição de cheirar para montar, enquanto aqueles que encontram um macho não conseguem fazer a transição de cheirar para atacar. Essas descobertas sugeriram que o BNST serve como uma espécie de portão que controla se a identidade sexual do camundongo (inicialmente decodificada pela amígdala) é usada para iniciar a montagem ou o ataque. Mas como exatamente esse "portão" do cérebro é aberto?

Para responder a essa pergunta, Yang e a equipe visualizaram a atividade neuronal no BNST usando um microscópio em miniatura conectado à cabeça de um camundongo macho enquanto ele interagia com outro camundongo (um macho ou uma fêmea). O camundongo macho foi geneticamente modificado para que neurônios individuais brilham com luz quando ativados, e o microscópio detecta esses flashes pontuais. A questão é quais neurônios estão ativos e o que eles fazem? A equipe descobriu que existem dois tipos de neurônios no BNST: aqueles que respondem preferencialmente a camundongos fêmeas (ajustados por fêmeas) e aqueles que respondem preferencialmente a machos (ajustados por machos). Curiosamente, os neurônios sintonizados para mulheres superavam os neurônios sintonizados para homens no BNST em quase dois para um, como os da amígdala. Isso indicou que a codificação da identidade sexual pela amígdala foi retransmitida para o BNST e mapeada em seus neurônios.

A predominância de neurônios responsivos femininos também é observada em MPOA, a estrutura que fica a jusante do BNST e controla o comportamento de acasalamento masculino. Evidentemente, todo o circuito parece conectado para responder preferencialmente às mulheres. A única exceção a essa regra foi VMHvl, o nó que controla a agressão entre homens. Nessa estrutura, os neurônios sintonizados para homens superam os neurônios sintonizados para mulheres em cerca de dois para um – o oposto do que é visto nos outros nós do circuito. Aparentemente, VMHvl é como uma ilha de neurônios dominada por respostas masculinas em um mar de circuitos circundantes dominado por respostas femininas.

Para entender como essa inversão da dominância de ajuste de sexo ocorre em VMHvl, Yang investigou em seguida como os padrões de atividade neuronal nesse nó foram alterados pelo silenciamento de neurônios em BNST. Surpreendentemente, ele descobriu que quando os neurônios BNST foram desligados, a dominância de neurônios sintonizados masculinos em VMHvl foi invertida para uma resposta dominante feminina como a observada em MPOA e BNST. Isso pode explicar por que silenciar o BNST bloqueia a transição para a agressão: não há mais neurônios sintonizados com machos suficientes em VMHvl para ativar a região o suficiente para produzir um ataque.

Por outro lado, no caso de MPOA, não houve mudança óbvia na proporção de neurônios sintonizados em mulheres para neurônios sintonizados em homens quando os neurônios BNST foram silenciados. No entanto, uma inspeção minuciosa da atividade neuronal em MPOA durante as interações com uma fêmea revelou que, à medida que os machos passavam de cheirar para montar, diferentes neurônios eram ativados em uma sequência. Durante o sniffing, uma população de neurônios estava ativa, mas à medida que os animais começaram a montar, essa população foi desligada e uma população diferente de neurônios MPOA tornou-se ativa. Quando os neurônios BNST foram silenciados, no entanto, os neurônios "farejadores" continuaram ativos e os neurônios "montadores" nunca foram ativados.

Assim, os neurônios BNST são obrigados a "abrir" um portão neural que permite a transição de cheirar para montar (em direção a uma mulher) ou atacar (em direção a um homem). Inesperadamente, no entanto, ele controla esse portão usando diferentes mecanismos de ataque versus montagem. No caso de ataque, o BNST opera via controle de quantidade: garante que um número suficiente de neurônios seletivos masculinos estejam ativos em VMHvl para atingir um limite de ataque. No caso de montagem, o BNST opera via controle de qualidade : garante que os neurônios sniff-tuned no MPOA sejam desligados e substituídos por neurônios mount-tuned.

"Esses estudos começam a esclarecer a questão fundamental de como o cérebro transforma uma representação neural da identidade do objeto em uma decisão de executar um comportamento específico", diz Yang. “Estudos futuros devem ajudar a descobrir como essa transformação é implementada no nível de sinapses específicas”.

O artigo é intitulado "Transformação de representações neurais em uma rede de comportamento social".