Escapar do perigo iminente é essencial para a sobrevivência. Os animais devem aprender um novo ambiente rápido o suficiente para que possam escolher o caminho mais curto para a segurança. Mas como eles fazem isso sem nunca terem experimentado ameaças no novo ambiente?
Neurocientistas do Sainsbury Wellcome Center da UCL exploraram como os ratos aprendem sobre seu ambiente espacial e as estratégias comportamentais que eles usam para tomar o caminho mais curto para um abrigo quando estão com medo.

Em um novo estudo, publicado hoje na Current Biology , os pesquisadores mostram que os ratos aprendem o caminho mais curto para escapar após apenas 10 minutos de exploração do ambiente e não precisam de experiência prévia de ameaça.

"Em muitos estudos de neurociência, os ratos são treinados para resolver labirintos complexos e têm muito tempo para aprender como fazê-lo. Mas na natureza, os ratos não têm esse luxo - quando confrontados com ameaças, eles devem escapar para um abrigo o mais rápido possível. A questão é como os ratos aprendem isso muito rapidamente, sem a oportunidade de tentativa e erro", disse Tiago Branco, líder do grupo no Sainsbury Wellcome Center e autor correspondente do artigo.

Para explorar essa questão, os pesquisadores do SWC realizaram uma série de experimentos comportamentais em que deram aos ratos a escolha de duas ou três rotas de volta a um abrigo. Os cientistas usaram um som alto ou estímulo iminente, simulando um predador, para assustar os camundongos e depois observaram seu caminho de volta ao abrigo.

Em primeiro lugar, os neurocientistas bloquearam o caminho direto para o abrigo e descobriram que os camundongos aprenderam a usar uma das outras rotas. Em seguida, os pesquisadores exploraram se os ratos poderiam escolher corretamente entre dois caminhos de diferentes comprimentos. Os experimentos ocorreram no escuro, o que significa que os camundongos não conseguiam ver o caminho mais curto. No entanto, os pesquisadores observaram que os camundongos de fato preferem o caminho mais curto, principalmente quando há uma diferença maior entre os comprimentos dos dois caminhos.

Para entender como os ratos aprendem isso, os pesquisadores estudaram aqueles que estavam enfrentando ameaças pela primeira vez e observaram que os ratos inexperientes já tinham preferência pelo caminho mais curto. Assim, os camundongos devem adquirir essas informações por meio da exploração natural e não precisam primeiro experimentar a ameaça para aprender a escolher a melhor rota de fuga. Além disso, os ratos aprenderam isso depois de apenas 10 minutos explorando o ambiente.

"Os ratos são predados por muitas espécies e para um rato é muito importante saber como escapar em segurança. Se você colocar um rato em um novo ambiente, sua prioridade é mapear o espaço e descobrir como chegar a um lugar seguro. Isso está no repertório natural do comportamento do rato e não precisa ser explicitamente instruído", disse Tiago Branco.

Tradicionalmente, a maneira como os animais aprendem é experimentar o valor de algo e mapear isso na geometria espacial. Por exemplo, se os camundongos fossem repetidamente expostos a ameaças muitas vezes e se sentissem estressados ​​ao tomar o caminho longo de volta à segurança, eles atribuiriam ao caminho mais longo um valor mais baixo e aprenderiam a seguir o caminho mais curto.

No entanto, neste experimento, os animais não estavam fazendo isso. Em vez disso, os ratos presumiram que o caminho mais curto era o melhor para escapar. Os pesquisadores se referem a essa suposição como uma heurística inata. Através da evolução, os camundongos adquiriram um conjunto de circuitos neurais que lhes dão a capacidade de fazer essas escolhas inatas após a exploração natural.

“Os animais são muito bons em aprender sobre as coisas que importam para eles. estamos a aprender de forma rápida e eficiente", comentou Tiago Branco.

Para explorar os algoritmos que o cérebro pode estar usando para permitir que os ratos escolham a melhor rota de fuga, os pesquisadores analisaram três modelos computacionais diferentes e perguntaram se os algoritmos artificiais poderiam ter um desempenho tão bom quanto os ratos na tarefa. Eles descobriram que os três algoritmos funcionavam muito bem se o rato artificial pudesse explorar por um longo tempo. No entanto, o rato real tinha apenas 10 minutos para explorar.

E assim os pesquisadores alimentaram o rato artificial com as trajetórias que o rato real tomou e descobriram que o algoritmo mais simples possível, chamado livre de modelo, não conseguia aprender a escolher o caminho mais curto. Os dois modelos mais complexos, chamados baseados em modelos, podiam aprender a melhor rota de fuga, mas estavam corretos apenas na metade das vezes. Isso dá aos pesquisadores alguns insights sobre o que o cérebro precisa para que os camundongos possam selecionar a rota de fuga ideal.

Os próximos passos para os pesquisadores são aprofundar como isso funciona no cérebro e como os ratos mapeiam o valor das ações nesse paradigma natural. Essa questão é uma pequena peça do quebra-cabeça maior de como os animais escolhem quais ações vão fazer com base em suas expectativas do que será melhor a curto ou longo prazo. Os neurocientistas esperam entender essa forma de mapeamento de valor em um comportamento de ação para obter um vislumbre dos tipos de algoritmos que o cérebro pode estar usando para implementar o aprendizado rápido.