Dr. Nasser

Ritmos cerebrais são fundamentais para entender a cognição

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Índice

Um novo estudo enfatiza a importância dos ritmos cerebrais na compreensão da cognição. A pesquisa explora como os campos elétricos rítmicos, gerados pelos neurônios, influenciam e alinham os neurônios vizinhos, melhorando a função cognitiva.

Introdução

Essa abordagem fornece uma ponte entre a microescala dos picos de neurônios e a macroescala da coordenação em todo o cérebro, sugerindo que os ritmos cerebrais desempenham um papel crucial na organização e processamento de informações.

O estudo argumenta que a compreensão dessas dinâmicas é vital para desenvolver tratamentos para distúrbios neurológicos e avançar nossa compreensão dos processos cognitivos.

Principais Fatos

  1. O estudo destaca o papel do “acoplamento etáptico”, onde um campo elétrico influencia neurônios próximos, promovendo o alinhamento neural e a sincronia.
  2. A pesquisa sugere que os ritmos “beta” de frequência mais baixa regulam os ritmos “gama” de frequência mais alta, afetando como as informações sensoriais são codificadas e recuperadas.
  3. Os insights do estudo podem levar a intervenções melhoradas para condições como esquizofrenia e epilepsia, visando interrupções na sincronia neural.

Fonte: MIT

O Estudo

Pode ser muito informativo observar os pixels em seu telefone sob um microscópio, mas não se o seu objetivo é entender o que um vídeo inteiro na tela mostra. A cognição é praticamente o mesmo tipo de propriedade emergente no cérebro.

Isso só pode ser compreendido observando como milhões de células agem em coordenação, argumenta um trio de neurocientistas do MIT.

Em um novo artigo, eles apresentam uma estrutura para entender como o pensamento surge da coordenação da atividade neural impulsionada por campos elétricos oscilantes – também conhecidos como “ondas” ou “ritmos” cerebrais.

Historicamente descartados apenas como subprodutos da atividade neural, os ritmos cerebrais são realmente críticos para organizá-la, escrevem o professor Earl Miller e os cientistas Scott Brincat e Jefferson Roy em Current Opinion in Behavioral Science.

E embora os neurocientistas tenham adquirido um enorme conhecimento ao estudar como as células cerebrais individuais se conectam e como e quando emitem “picos” para enviar impulsos através de circuitos específicos, também há uma necessidade de apreciar e aplicar novos conceitos na escala de ritmo cerebral, que podem abranger regiões cerebrais individuais ou mesmo múltiplas.

“Spiking e anatomia são importantes, mas há mais acontecendo no cérebro além disso”, disse o autor sênior Miller, membro do corpo docente do Instituto Picower de Aprendizagem e Memória e do Departamento de Ciências Cerebrais e Cognitivas do MIT. “Há muita funcionalidade ocorrendo em um nível mais alto, especialmente a cognição.”

As apostas de estudar o cérebro nessa escala, escrevem os autores, podem não apenas incluir a compreensão da função saudável de nível superior, mas também como essas funções se tornam interrompidas na doença.

“Muitos distúrbios neurológicos e psiquiátricos, como esquizofrenia, epilepsia e Parkinson, envolvem a interrupção de propriedades emergentes, como sincronia neural”, escrevem.

“Prevemos que entender como interpretar e interagir com essas propriedades emergentes será fundamental para desenvolver tratamentos eficazes, bem como entender a cognição.”

O surgimento dos pensamentos

A ponte entre a escala de neurônios individuais e a coordenação em escala mais ampla de muitas células é fundada em campos elétricos, escrevem os pesquisadores.

Através de um fenômeno chamado “acoplamento efáptico”, o campo elétrico gerado pela atividade de um neurônio pode influenciar a voltagem dos neurônios vizinhos, criando um alinhamento entre eles. Dessa forma, os campos elétricos refletem a atividade neural, mas também a influenciam.

Em um artigo em 2022, Miller e colegas mostraram por meio de experimentos e modelagem computacional que a informação codificada nos campos elétricos gerados por conjuntos de neurônios pode ser lida de forma mais confiável do que a informação codificada pelos picos de células individuais.

Em 2023, o laboratório de Miller forneceu evidências de que campos elétricos rítmicos podem coordenar memórias entre regiões.

Nessa escala maior, em que campos elétricos rítmicos transportam informações entre regiões cerebrais, o laboratório de Miller publicou inúmeros estudos mostrando que ritmos de baixa frequência na chamada banda “beta” se originam em camadas mais profundas do córtex cerebral e parecem regular o poder de ritmos “gama” de frequência mais rápida em camadas mais superficiais.

Ao registrar a atividade neural no cérebro de animais envolvidos em jogos de memória de trabalho, o laboratório mostrou que os ritmos beta carregam sinais “de cima para baixo” para controlar quando e onde os ritmos gama podem codificar informações sensoriais, como as imagens que os animais precisam lembrar no jogo.

Algumas das evidências mais recentes do laboratório sugerem que os ritmos beta aplicam esse controle dos processos cognitivos a manchas físicas do córtex, agindo essencialmente como estênceis que padronizam onde e quando a gama pode codificar informações sensoriais na memória, ou recuperá-las.

De acordo com essa teoria, que Miller chama de “Computação Espacial”, o beta pode, assim, estabelecer as regras gerais de uma tarefa (por exemplo, as voltas de ida e volta necessárias para abrir um bloqueio de combinação), mesmo que o conteúdo específico da informação possa mudar (por exemplo, novos números quando a combinação muda).

De forma mais geral, essa estrutura também permite que os neurônios codificem de forma flexível mais de um tipo de informação ao mesmo tempo, escrevem os autores, uma propriedade neural amplamente observada chamada “seletividade mista”.

Por exemplo, um neurônio codificando um número da combinação de bloqueio também pode ser atribuído, com base em qual patch com estêncil beta ele está, a etapa específica do processo de desbloqueio para o qual o número importa.

No novo estudo, Miller, Brincat e Roy sugerem outra vantagem consistente com o controle cognitivo sendo baseado em uma interação de atividade rítmica coordenada em larga escala: “codificação de subespaço”.

Essa ideia postula que os ritmos cerebrais organizam o grande número de resultados possíveis que poderiam resultar, digamos, de 1.000 neurônios engajados em atividade independente de picagem.

Em vez de todas as muitas possibilidades combinatórias, muito menos “subespaços” de atividade realmente surgem, porque os neurônios são coordenados, em vez de independentes. É como se o aumento dos neurônios fosse como um bando de pássaros coordenando seus movimentos.

Diferentes fases e frequências dos ritmos cerebrais fornecem essa coordenação, alinhadas para amplificar umas às outras, ou deslocadas para evitar interferências. Por exemplo, se uma informação sensorial precisa ser lembrada, a atividade neural que a representa pode ser protegida de interferência quando novas informações sensoriais são percebidas.

“Assim, a organização das respostas neurais em subespaços pode segregar e integrar informações”, escrevem os autores.

O poder dos ritmos cerebrais para coordenar e organizar o processamento de informações no cérebro é o que permite que a cognição funcional surja nessa escala, escrevem os autores. Compreender a cognição no cérebro, portanto, requer o estudo dos ritmos.

“Estudar componentes neurais individuais isoladamente – neurônios individuais e sinapses – fez enormes contribuições para nossa compreensão do cérebro e continua sendo importante”, concluem os autores.

“No entanto, está ficando cada vez mais claro que, para capturar totalmente a complexidade do cérebro, esses componentes devem ser analisados em conjunto para identificar, estudar e relacionar suas propriedades emergentes.”

Referência

Author: David Orenstein
Source: MIT
Original Research: Open access.
Cognition is an emergent property” by Earl Miller et al. Current Opinion in Behavioral Sciences

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