Proximidade e eficiência da trajetória: medindo bem uma busca

Abertura

Imagine um teste de sonda. A plataforma foi retirada, e um rato treinado a procura. Ele vai direto para a área certa e passa o meio minuto seguinte dando voltas bem fechadas em torno do ponto onde a plataforma ficava. Perto, mais perto, um pouco para um lado, um pouco para o outro. Mas, por acaso, nunca nada exatamente sobre o ponto exato.

Agora imagine um segundo rato. Ele nada num laço amplo por toda a piscina e, por pura sorte, passa duas vezes exatamente sobre a antiga posição da plataforma.

Conte os cruzamentos da plataforma e o segundo rato vence, dois a zero. Mas qual deles realmente lembra onde a plataforma estava?

Medindo bem

Este episódio é sobre medir bem. Depois que um roedor nadou no labirinto aquático, um computador tem um registro de onde ele esteve, muitas vezes por segundo. O que devemos fazer com todos esses números? Nas últimas décadas, os pesquisadores argumentaram que algumas das medidas mais óbvias podem enganar, e que medidas baseadas em distância e direção dizem muito mais. Vejamos por quê.

As medidas clássicas

Comecemos pelas medidas clássicas. Nos ensaios de treino, a mais antiga é a latência, o tempo para chegar à plataforma. É fácil de medir, até com um cronômetro, e cai à medida que os animais aprendem.

Mas a latência depende da velocidade com que o animal nada. Um nadador lento leva mais tempo para cobrir o mesmo percurso. Por isso muitos pesquisadores preferem o comprimento da trajetória, a distância nadada até a plataforma. Como diz um protocolo bastante usado, de 2006, o comprimento da trajetória tem a vantagem de ser imune à velocidade de nado.

Nos testes de sonda, os clássicos são o tempo no quadrante-alvo e o número de vezes que o animal cruza o ponto exato onde a plataforma estava. Os dois são úteis. Mas os dois têm pontos fracos, como mostrou nosso exemplo inicial. Um quadrante é uma fatia grande da piscina, um quarto dela, e um animal pode passar muito tempo ali sem chegar perto do ponto certo. Um cruzamento, por outro lado, é tudo ou nada. Erre por um fio e não conta.

Proximidade

A resposta aos dois problemas é medir a distância de forma contínua. Essa ideia está muito associada a Michela Gallagher e suas colegas Rebecca Burwell e Margaret Burchinal, da Universidade da Carolina do Norte em Chapel Hill.

Em 1993, elas publicaram um artigo na Behavioral Neuroscience sobre a gravidade do prejuízo da aprendizagem espacial no envelhecimento. Observaram que o labirinto aquático foi criado para testar a capacidade de um rato de navegar até um local específico num espaço relativamente grande. Por que não medir, diretamente, quão perto o rato fica desse local?

A nova medida básica delas usava rastreamento por computador para identificar a posição do rato em relação ao alvo durante todo o ensaio. Em outras palavras, a cada momento, a que distância o animal está do alvo? Faça a média dessas distâncias e você tem a proximidade. Uma média baixa significa que o animal procurou perto do alvo. Uma alta, que ficou longe.

Voltemos aos nossos dois ratos. Numa piscina de cerca de dois metros de diâmetro, imagine que o primeiro rato fica em média a uns trinta centímetros da antiga posição da plataforma durante o ensaio. O segundo, dando voltas pela piscina inteira, pode ter média de oitenta centímetros ou mais. A proximidade os classifica corretamente, mesmo que a contagem de cruzamentos tenha invertido tudo.

Essa medida de proximidade se mostrou muito sensível ao prejuízo associado à idade na comparação entre ratos machos Long-Evans jovens e idosos. Ela captou diferenças que outras medidas deixaram passar.

A equipe foi um passo além. Desenvolveu um índice de aprendizagem, um único número contínuo que descrevia o grau de prejuízo de cada animal. O objetivo era estudar diferenças individuais. Nem todo rato idoso declina do mesmo jeito. Alguns têm desempenho quase tão bom quanto os jovens, enquanto outros estão muito prejudicados. Uma pontuação graduada para cada animal permite correlacionar a memória com outras medidas, por exemplo mudanças no cérebro.

É por isso que a pesquisa sobre envelhecimento impulsionou esse tipo de medida. Se você quer saber por que alguns animais mais velhos mantêm a memória e outros a perdem, precisa de mais do que aprovado ou reprovado. Precisa de uma escala fina o bastante para classificar cada animal, de modo que diferenças no cérebro possam ser comparadas com diferenças de comportamento. Um cronômetro, ou uma simples contagem de cruzamentos, não faz isso bem.

A proximidade funciona melhor?

Então, a proximidade realmente funciona melhor? Uma grande análise de 2009, que vimos no nosso episódio sobre o teste de sonda, colocou isso à prova. Hamid Maei, Paul Frankland e colegas em Toronto compararam quatro medidas de sonda usando mais de mil e seiscentos testes de sonda em camundongos. A proximidade média à antiga posição da plataforma superou de forma consistente o tempo numa zona, o tempo num quadrante e os cruzamentos da plataforma na capacidade de detectar diferenças reais entre grupos.

O protocolo de 2006 aponta na mesma direção. Seus autores escreveram que a distância média ao local-alvo, o tempo ou a distância no quadrante-alvo e a direção inicial fornecem medidas de memória mais robustas do que os cruzamentos do ponto exato. Também descreveram a distância acumulada da plataforma, que muitos programas de rastreamento calculam medindo a distância mais ou menos a cada segundo, como uma das melhores medidas da capacidade de aprendizagem espacial.

Direção e eficiência da trajetória

A distância é uma dimensão. A direção é outra. A direção inicial mede o ângulo de nado do animal no início do ensaio, comparado com uma linha reta da largada até o alvo. Um animal bem treinado parte apontando para a plataforma. Um perdido parte em qualquer direção.

Os autores de 2006 notaram algo interessante sobre isso. Nos dados deles, latência, comprimento da trajetória e distância acumulada eram todos muito correlacionados entre si. Faz sentido, já que todos refletem o desempenho ao longo do ensaio inteiro. A direção inicial era bem menos correlacionada com os outros. É um retrato de um único momento, o início. Então acrescenta informação que as outras medidas não trazem.

Há também a eficiência da trajetória, que compara o caminho que o animal realmente fez com a rota mais direta. Expressa como distância direta dividida pela distância real, um nado perfeito e reto vale um, e um caminho longo e errante fica perto de zero. Alguns programas dão a razão invertida, de modo que um número maior significa um desvio maior. A eficiência da trajetória não depende da velocidade de nado e, por ser uma razão, permite comparar de forma justa ensaios com pontos de largada diferentes.

O erro de direção é uma ideia relacionada: o ângulo entre a direção em que o animal está nadando e a direção ideal até o alvo. Softwares especializados de análise também usam testes de corredor e de cone, que verificam se o caminho fica dentro de uma faixa estreita ou de um cone que se abre em direção ao alvo, ajustado para distâncias diferentes.

Por que as medidas importam

Por que tudo isso importa? Porque as medidas moldam as conclusões. Um estudo que use só a latência pode relatar que um tratamento não tem efeito, quando uma medida de proximidade revelaria uma diferença clara. E o tamanho da amostra importa. A análise de Toronto mostrou que uma medida mais sensível permite a um estudo detectar diferenças reais com menos animais, o que é boa ciência e bom para o bem-estar animal.

As medidas de proximidade também ajudam de um jeito sutil. A plataforma nem sempre fica no meio de um quadrante. Se estiver perto do limite entre quadrantes, a medida por quadrante pode dar um quadro estranho. A distância até a plataforma não se importa com limites.

O tempo também importa dentro de um ensaio. O comportamento nos primeiros quinze segundos de uma sonda costuma ser diferente do comportamento nos últimos quinze, depois que o animal verificou o ponto e não encontrou nada. Dividir o ensaio em segmentos e calcular a proximidade de cada um evita que esse sinal inicial seja diluído.

Os limites

Claro, essas medidas também têm limites. A proximidade diz quão perto um animal procurou, em média, mas não como chegou lá. Um animal nadando num círculo fechado em torno do centro da piscina pode ter proximidade moderada para qualquer posição da plataforma, sem saber onde nenhuma delas está. Por isso as medidas de distância funcionam melhor junto com a análise de estratégias.

Sistemas de rastreamento diferentes também calculam essas medidas de formas ligeiramente diferentes, amostrando em taxas diferentes ou excluindo o início do ensaio. Os resultados têm mais significado quando os métodos são relatados com clareza. Uma pontuação de proximidade de um laboratório não é automaticamente comparável com a de outro, a menos que ambos descrevam como ela foi calculada, em que parte do ensaio e em que tamanho de piscina.

E nenhuma medida conserta um experimento mal planejado. Se a sala não tem pistas claras, se os animais estão ansiosos ou se a velocidade de nado difere entre os grupos, até a melhor medida precisa de interpretação cuidadosa.

De volta aos dois ratos

De volta àqueles dois ratos no teste de sonda. Um deu voltas fechadas em torno do ponto certo sem nunca tocá-lo. O outro vagou e teve sorte. Conte cruzamentos e você terá a resposta errada. Meça a distância e a memória do primeiro rato fica evidente. O labirinto aquático mudou pouco em quatro décadas, mas a forma de lê-lo mudou, e isso faz toda a diferença.

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