Tão facilmente quanto a mente pode se desviar do curso, ela também possui uma notável capacidade de reorientar. Pesquisadores do Instituto Pickwer de Aprendizagem e Memória do MIT descobriram como esse processo pode funcionar. Num novo estudo com animais, descobriram que a atividade neural sincronizada, que aparece como ondas que percorrem o cérebro, ajuda a trazer o pensamento de volta à tarefa em questão.
“As ondas rotacionais agem como pastores que conduzem o córtex de volta ao caminho computacional correto”, disse o autor sênior do estudo, Earl K. Miller, professor do Instituto Picower e do Departamento de Cérebro e Ciências Cognitivas do MIT.
Tamal Batabial, pesquisador de pós-doutorado no Instituto Pikwer, liderou o trabalho, que foi publicado no dia 3 de novembro. Jornal de Neurociência Cognitiva.
‘Rotação’ matemática…
No experimento, os animais realizaram uma tarefa de memória operacional visual enquanto enfrentavam simultaneamente dois tipos de distratores. Como esperado, essas distrações atrapalharam o desempenho – às vezes levando a erros ou tempos de reação mais lentos quando os animais tinham que responder. Durante a tarefa, os cientistas monitoraram sinais elétricos de centenas de neurônios no córtex pré-frontal, a região do cérebro envolvida na tomada de decisões e no pensamento complexo.
Para compreender como esta atividade neural muda ao longo do tempo e sob diferentes condições (com e sem distração, e durante o desempenho correto ou incorreto), a equipe utilizou uma abordagem matemática. Codificação Subespacial. Esta técnica visualiza como grupos de neurônios coordenam sua atividade, revelando padrões de organização.
“Como estorninhos tagarelando no céu”, disse Miller.
Após cada perturbação, os pesquisadores observaram um padrão rotacional dentro do subespaço, como se os “estorninhos” estivessem retornando à forma após a perturbação. Segundo Miller, esse movimento circular representa a restauração do cérebro ao seu estado coordenado após a interrupção.
O grau de rotação prevê até o desempenho da tarefa. Quando a confusão não causa erro, a atividade neural forma um círculo completo sinalizando recuperação completa. Mas quando a distração atrapalha o desempenho, o círculo permanece incompleto (30 graus em média) e as rotações se movem mais lentamente. Essa lentidão provavelmente reflete a incapacidade do cérebro de recuperar totalmente o foco.
Outra observação foi que a recuperação melhorou quando passou mais tempo entre a distração e a resposta necessária. Os dados mostram que o cérebro precisa desse intervalo para completar rotações no espaço matemático e para restaurar o foco neural e comportamental.
A codificação subespacial revelou que os neurônios disparam em um padrão rotacional altamente coordenado que ajuda a preservar a atenção. Curiosamente, essas rotações ocorrem apenas quando ocorrem perturbações (independentemente do tipo de perturbação) e não são autogeradas.
… refletem a rotação física no cérebro
A codificação subespacial é uma representação matemática abstrata da atividade neural ao longo do tempo. Mas quando os pesquisadores analisaram medições físicas diretas da atividade neural, descobriram que na verdade ela refletia uma onda real e viajante que rolava pelo córtex. Múltiplas medições mostraram que a atividade neural tinha uma ordem espacial com ângulos em constante mudança, consistente com ondas de atividade girando através dos eletrodos corticais. Na verdade, a onda representada matematicamente na codificação do subespaço gira na mesma velocidade.
“Em princípio, não há razão para que uma rotação neste subespaço matemático corresponda diretamente a uma rotação na superfície do córtex”, disse Miller. “Mas acontece. Isso me sugere que o cérebro está usando essas ondas viajantes para realmente computar a computação analógica. A computação analógica é muito mais eficiente em termos de energia do que a digital, e a biologia favorece soluções energeticamente eficientes. É uma maneira diferente e mais natural de pensar sobre a computação neural.”
Além de Miller e Batabial, outros autores do artigo são Scott Brincat, Jacob Donoghue, Mikael Lundqvist e Meredith Mahnke.
O financiamento para a pesquisa veio do Office of Naval Research, do Simmons Center for the Social Brain, da Freedom Together Foundation e do Pickwer Institute for Learning and Memory.
