Ao longo dos últimos anos, tem havido crescente interesse é algo chamado de "ressonância funcional funcional MRI", uma técnica para ver o que seu cérebro está fazendo quando você não está fazendo muito de nada. Acontece que os cérebros em repouso são bastante inquietos, consumindo muito mais energia do que quando fazem . Mais interessante, a atividade "descansando" não é aleatória, mas altamente coerente, consistente e previsível. A descoberta do comportamento de repouso característico do cérebro levou alguns anos atrás à postulação de uma "rede padrão" para o cérebro – um conjunto de regiões que cooperam consistentemente para fazer. . . Bem, o que, exatamente, não sabemos. Mas certamente deve ser algo interessante. Seu cérebro dificilmente desperdiçaria toda a energia dançando ao ritmo de seu baterista interior se não houvesse algum motivo para isso, certo?
Nossa ignorância em relação à função de toda essa flutuação não é por falta de tentativa. A descoberta da rede padrão do cérebro levou a centenas de estudos relacionando a rede padrão com a estrutura anatômica do cérebro, bem como com distúrbios do humor como depressão, problemas de desenvolvimento como o autismo e doenças degenerativas como a doença de Alzheimer. Até sugeriu que a atividade do estado de repouso contenha a chave (voz profunda e efeito de eco) para entender a própria consciência . Agora, quando os neurocientistas começam a brandir a palavra C, existem duas reações previsíveis: maior interesse e atenção do público; e aumento do escrutínio e crítica científica. Ambos ocorreram aqui, gerando um grupo de adeptos entusiasmados e um grupo de críticos igualmente comprometido, que questionam se devemos continuar desperdiçando nossa energia descobrindo por que o cérebro parece estar desperdiçando sua energia. Ou, como um neurocientista prominente, me falou recentemente: "É apenas uma moda tão boa. Eu odeio isso. "
Não há alusões hiperbólicas para quebrar o mistério da consciência, não acho que ninguém o odeie. Mas para ver por que devemos nos preocupar com a atividade intrínseca do cérebro exige que pensemos sobre a função cerebral de uma maneira nova e desconhecida.
O cérebro é, em essência, uma coleção de osciladores: bilhões de i-yos biológicos indo sem parar para cima e para baixo. A carga elétrica em neurônios individuais aumenta e cai; assim como as concentrações locais de neurotransmissores como dopamina e serotonina, a quantidade de oxigênio no suprimento de sangue local e o campo elétrico geral do cérebro (criando as ondas cerebrais que você pode ver com um EEG). Cada uma dessas oscilações tem um ritmo diferente para diferentes circunstâncias – como as ondas "beta" rápidas vistas no cérebro de trabalho alerta e as ondas "delta" muito mais lentas do sono sem sonhos. Esses ritmos interagem de várias maneiras, desde o balanço compartilhado de uma dança lenta, até os subidas e baixas contrabalançadas de duas crianças em um gangorra, até o complexo e sincopado interação de uma banda de jazz. E, como todos os pêndulos, cada um dos vários osciladores do cérebro também tem o seu balanço preferido, uma maneira de se mover se for deixado para seus próprios dispositivos. A combinação de todas essas oscilações individuais, periódicas e preferidas é o estado de descanso do cérebro.
O que nos leva ao primeiro motivo para se preocupar com a atividade intrínseca: o que normalmente pensamos como função cerebral – ver, pensar, decidir, agir – é realmente um distúrbio , uma alteração das harmonias naturais do cérebro. Quando pensamos sobre a função do cérebro, então, não é suficiente perguntar "por que essa atividade?", Também devemos perguntar "por que essa mudança ?" Por que essa entrada (perceptual, comportamental, elétrica, química) causou esse desvio exato? Se queremos entender as sensibilidades particulares do cérebro, precisamos saber apenas que parte dela reage a algum estímulo ou tarefa, mas quanto reage e o que mais reage (e interage) com ele. O estado de repouso fMRI é um método para determinar o fundo contra o qual tais mudanças devem ser medidas.
Da mesma forma, assim como na música, nenhuma nota tem significado em isolamento, assim também a atividade local do cérebro só pode ser totalmente compreendida quando configurado em seu contexto. Considere, a este respeito, as células do lugar do hipocampo – aqueles neurônios famosos por disparar sempre que um animal se encontra em algum ponto particular do mundo. O mapeamento aparente de um a um entre células do hipocampo e locais ambientais levou sua função a ser entendida em termos de representação de localização simples, como se cada célula fosse projetada para dizer: "você está aqui". Mas essas células estiveram no notícias ultimamente por causa da descoberta de que eles também são ativados sequencialmente antes da nova exploração espacial, o que indica que sua função não é tão simples e ressalta o ponto acima para entender a atividade do cérebro agora também deve considerar qual é a sua atividade e será . [Dragoi, G. & Tonegawa, S. (2011). Pré-visualização de futuras seqüências de células do lugar pelas montagens celulares do hipocampo Nature , 469: 7330 (397-401).]
Além disso – e mais para o ponto atual – essas células disparam não apenas quando um animal está em um determinado local, mas logo antes, e logo depois, também. Curiosamente, as diferenças entre o disparo simultâneo (o sinal "você está aqui"), o disparo prospectivo (sinalização antes de estar em um local), e o disparo retrospectivo (sinalização após o animal ter deixado um local) é marcado não por nenhuma diferença em a atividade do neurônio em si, mas sim pela sua relação com a oscilação de theta-band (~ 6-10 Hz) do fundo do Hipocampo inteiro. No seu papel retrospectivo, a célula dispara mais cedo e, em seu papel prospectivo mais tarde, no ciclo theta do que quando o animal está realmente no local em questão. [Buckner, RL (2010). O papel do hipocampo na predição e na imaginação. Annual Review of Psychology , 61: 27-48.]
Coloque os incêndios da célula B em diferentes momentos em relação à onda theta de fundo à medida que o rato se move dos locais A através de C
Figura: Coloque os incêndios da célula B em diferentes momentos em relação à onda theta de fundo, à medida que o rato se move dos locais A através de C. Reimpresso de Buckner (2010) com permissão do autor.
Em outras palavras, o que a atividade dessa célula significa – o que é realmente sinalização – depende de como essa atividade se relaciona com as oscilações de fundo em curso.
Assim, a compreensão do estado de repouso é importante porque chama a atenção para o contexto sempre presente dentro do qual a função precisa ser medida e o significado avaliado. No cérebro dinâmico, a atividade local é sempre uma mudança do que estava acontecendo antes, e ocorre em relação a todas as outras coisas acontecendo agora.
É difícil pensar sobre o cérebro dessa maneira, especialmente devido à contínua influência da metáfora do computador para o cérebro e do foco na localização (visão aqui, linguagem ali, controle motor neste bit) que herdamos de um anterior idade da investigação neurocientífica. Em um computador, o que importa é a natureza do processamento local, o que está acontecendo neste chip neste momento. Os processos de fundo são irrelevantes para o processo de interesse, que, portanto, podem ser isolados e estudados como tal. Mas o cérebro não é esse tipo de máquina: o fundo não é irrelevante, e as relações entre as oscilações fazem muito trabalho funcional.
Isso nos deixa com muito pensamento ainda por fazer. O que significa que a função cerebral deve ser definida não apenas pelas características intrínsecas da atividade neural de suporte, mas também pelo desvio que representa de algum padrão? A mudança de um equilíbrio dinâmico para outro pode ser ele próprio um evento funcional? Como é possível que uma máquina faça o trabalho não com oscilações, mas com relações entre eles? Estamos muito longe de responder a essas perguntas, mas fizemos alguns começos promissores. Um desenvolvimento teórico de interesse particular é chamado de computação de estado líquido, uma tentativa de entender como o processamento de informações pode ser realizado por osciladores acoplados de forma variada que respondem aos insumos como um lago faz para uma pedra. Vou dedicar um futuro post para explicar como a função cerebral pode surgir de tais ondulações interativas no eletro neural. Por enquanto, no entanto, o ponto importante é o seguinte: medir, caracterizar e refletir sobre a dinâmica de repouso do cérebro são importantes passos iniciais para a compreensão da dinâmica funcional do cérebro, em termos muito mais apropriados para a realidade biológica do que os elétrons que se espalham em isolados processadores de silício.
(Crédito de imagem de música-cérebro: ScriptPhD.com)