O labirinto de Barnes: memória espacial em terra firme

Abertura

Imagine uma mesa grande e redonda, bem iluminada de cima. Em volta da borda, igualmente espaçados, há um anel de buracos, cada um grande o bastante para um rato ou camundongo passar. Olhe na maioria deles e não há nada, só uma queda no escuro ou um fundo cego. Mas embaixo de um, e só um, há uma pequena caixa escura. Um abrigo.

Nas paredes da sala há formas e pôsteres. O animal é colocado no meio da mesa, sob a luz forte. Ele quer sair da claridade. Vai até a borda, enfia o focinho num buraco, depois em outro, depois em outro. Por fim, encontra a caixa e some dentro dela.

Um ou dois dias depois, ele vai quase direto ao buraco certo.

Um labirinto em terra firme

Este é o labirinto de Barnes, um teste de memória espacial em terra firme que acompanha o labirinto aquático em laboratórios do mundo todo. Ele foi criado para fazer o mesmo tipo de pergunta sem pedir que o animal nade. Como surgiu, por que se popularizou e quais são seus pontos fracos?

Como funciona

O labirinto é uma plataforma circular com buracos espaçados ao longo da borda. Um buraco leva a uma caixa de fuga, às vezes chamada caixa-alvo ou gaiola de fuga. Os outros têm fundo falso ou são cegos, então o animal pode olhar dentro, mas não passar. Sob luz forte vinda de cima, a mesa aberta é um pouco desagradável para um roedor, já que roedores geralmente preferem espaços escuros e fechados. A caixa de fuga oferece alívio.

Ao redor da sala há pistas visuais. Assim como no labirinto aquático, essas pistas são a chave. Todos os buracos parecem iguais, então a única forma confiável de lembrar qual leva à segurança é lembrar onde ele fica em relação à sala.

Uma sessão típica funciona assim. O animal começa no centro, às vezes sob uma pequena cobertura que é levantada para iniciar o ensaio. Ele explora até entrar na caixa de fuga ou até atingir um tempo limite, quando é guiado com cuidado até a caixa. Fica lá por um instante e depois volta para a gaiola. A mesa é limpa, e muitas vezes girada entre os ensaios, para que o animal não possa simplesmente seguir um rastro de cheiro até o buraco certo. A caixa de fuga fica sempre no mesmo lugar em relação à sala.

Em alguns dias, um animal saudável fica mais rápido e comete menos enganos. Um engano, nesse contexto, é chamado de erro. É enfiar o focinho num buraco que não tem a caixa. Depois do treino, os pesquisadores costumam fazer um teste de sonda, retirando a caixa e vendo onde o animal procura. Essa ideia vem diretamente do labirinto aquático.

De onde veio o labirinto de Barnes

O labirinto leva o nome da sua criadora, Carol Barnes. Ela se formou em psicologia na Universidade da Califórnia, em Riverside, e fez o doutorado na Universidade Carleton, em Ottawa, em 1977. Sua pesquisa se concentrou por décadas em como o cérebro muda com a idade, e mais tarde ela se tornou Regents' Professor na Universidade do Arizona.

O labirinto apareceu pela primeira vez num artigo marcante de 1979, no Journal of Comparative and Physiological Psychology. O título era Memory deficits associated with senescence, um estudo neurofisiológico e comportamental no rato. Barnes testou trinta e dois ratos velhos, de vinte e oito a trinta e quatro meses, e trinta e dois adultos maduros, de dez a dezesseis meses.

Os ratos foram testados primeiro numa plataforma circular, que favorecia o uso de pistas espaciais para resolvê-la. E os ratos velhos mostraram pior memória para o lugar recompensado.

Só isso já teria sido um achado útil. Mas Barnes também registrou respostas elétricas do hipocampo dos ratos, por meio de eletrodos implantados numa via chamada via perfurante e numa região chamada fáscia dentada. Ela aplicou breves rajadas de estimulação de alta frequência, que fortalecem as conexões entre os neurônios. Esse fortalecimento é conhecido como potenciação de longo prazo, e é amplamente considerado uma das formas de armazenamento das memórias.

Depois de uma única sessão, ratos jovens e velhos responderam igual. Depois de três sessões, os jovens mantiveram as conexões fortalecidas por pelo menos catorze dias. As respostas dos velhos diminuíram após a primeira sessão. E aqui vem a parte marcante. O grau de fortalecimento sináptico estava estatisticamente correlacionado com o desempenho dos ratos na tarefa da plataforma circular, tanto dentro de cada faixa etária quanto entre elas.

Então o primeiríssimo estudo do labirinto de Barnes fez mais do que testar a memória. Ele ligou o envelhecimento, um mecanismo celular da memória e o comportamento, tudo num mesmo grupo de animais. Barnes também descobriu que os efeitos posteriores da estimulação prejudicavam seletivamente a alternância espontânea dos ratos velhos num labirinto em T. O que mostra bem como esses testes clássicos se conectam.

Por que se popularizou

Então, por que o labirinto de Barnes ficou tão popular? Grande parte da resposta é o estresse. Nadar exige muito de um roedor, e ser colocado na água é estressante, especialmente para camundongos. Uma revisão de 2014 de Cheryl Rosenfeld e Sherry Ferguson descreve o labirinto de Barnes como considerado menos estressante que os labirintos aquáticos. A motivação é suave, geralmente só luz forte, às vezes também um ruído.

Isso o torna atraente para animais que não nadam bem, para animais mais velhos e para camundongos em geral. Ele é muito usado para procurar problemas de memória em modelos genéticos de doenças como o Alzheimer e para testar se um fármaco ou uma exposição tóxica afeta a aprendizagem.

Ele também produz um conjunto rico de medidas. A mais simples é a latência, o tempo para chegar à caixa de fuga. Conte os erros e você pode traçar uma curva de aprendizagem. Acrescente rastreamento por vídeo e você obtém os mesmos tipos de medida usados no labirinto aquático. Distância percorrida, velocidade, tempo no quadrante certo, tempo em movimento ou em repouso.

E há a estratégia. Os pesquisadores costumam classificar cada ensaio em um de três tipos. Uma busca aleatória, em que o animal verifica buracos sem padrão evidente. Uma busca serial, em que ele percorre a borda de forma sistemática, buraco após buraco. E uma busca direta, ou espacial, em que vai reto ao alvo ou bem perto dele.

Essa distinção importa. Um animal que usa busca serial vai acabar encontrando a caixa sempre, mesmo sem ter ideia de onde ela está. Sua latência pode melhorar só porque ele fica mais rápido em percorrer a borda. Só olhando a trajetória dá para saber se ele está realmente usando a memória espacial.

O olhar sobre as estratégias revelou algumas diferenças interessantes. Num estudo com degus, um roedor sul-americano, as fêmeas usaram com mais frequência uma estratégia espacial durante o treino, enquanto os machos tendiam à busca serial ou aleatória. E, nas fêmeas, a retenção espacial foi relatada como dependente da fase do ciclo estral. Achados como esses são um dos motivos pelos quais os pesquisadores são incentivados a testar os dois sexos, e não só machos.

Os detalhes práticos variam entre espécies. Rosenfeld e Ferguson apontam que pistas fora do labirinto funcionam bem para ratos, mas roedores silvestres menores podem precisar de pistas no próprio labirinto, com uma barreira visual em volta.

Seus limites

E quais são os limites? A mesma suavidade que torna o labirinto de Barnes gentil pode torná-lo pouco confiável. Se o estímulo aversivo for fraco, alguns animais simplesmente não se dão ao trabalho de fugir. Preferem continuar explorando a mesa, passando pelo buraco-alvo, farejando e voltando a ele depois. Isso pode fazer um animal curioso parecer esquecido. É uma crítica bem conhecida ao labirinto, e um motivo pelo qual alguns laboratórios acrescentam um som ou encerram o ensaio assim que o animal chega ao buraco certo, em vez de esperar que ele entre.

O cheiro é outro problema. Os animais deixam odor na mesa, e a própria caixa de fuga tem cheiro. Limpar e girar a mesa ajuda, mas precisa ser feito com cuidado e consistência.

Há também a questão do tempo. Rosenfeld e Ferguson observam que tanto o labirinto de Barnes quanto os aquáticos podem tomar muito tempo. Normalmente são necessários de quatro a sete ensaios para detectar melhora da aprendizagem e da memória, ou diferenças entre grupos.

E, como em outros testes espaciais, a linhagem de fundo do camundongo importa. As linhagens diferem muito na ansiedade natural e na forma de explorar, então uma diferença de desempenho pode vir do temperamento, e não da memória.

Por fim, como o animal pode explorar com tanta liberdade, pontuar a olho nu é difícil. Contar erros significa observar cada vez que o focinho entra em cada buraco. O rastreamento automatizado tornou isso muito mais consistente, mas depende de a câmera ver o animal com clareza contra os buracos e as sombras.

De volta à mesa

De volta àquela mesa redonda e clara, com seu anel de buracos idênticos e um único abrigo escuro. Um rato vai quase direto ao certo, guiado pelos pôsteres nas paredes. É a mesma pergunta que o labirinto aquático faz, onde está a segurança, mas respondida a pé. Carol Barnes o criou para estudar a memória no envelhecimento, e décadas depois ele ainda ajuda os pesquisadores a distinguir entre lembrar um lugar e simplesmente procurar até encontrá-lo.

Você encontra os artigos mencionados, e uma transcrição, em water-maze.com.