O que faz o cérebro humano "humano?" Parte 2

A primeira parte do que faz o cérebro humano "humano?" (16 de abril de 2017) introduziu a questão de como a estrutura do cérebro humano difere do cérebro de outros animais. Foi enfatizado que os cérebros são sistemas complexos genuínos, produzindo padrões dinâmicos e sub-padrões de atividade elétrica e química em vários níveis de organização (escalas espaciais). Para entender melhor esses padrões, a ciência do cérebro avança em pequenas etapas: os primeiros resultados experimentais levam a novas hipóteses, novas experiências, novos resultados e o processo é repetido. Desta forma, as verdades científicas são abordadas em uma série de aproximações sucessivas. Mas, aqui, transformamos este processo de cabeça para baixo especulando que os cérebros compartilham algumas características básicas com sistemas físicos e sociais complexos conhecidos que podem ser úteis como análises úteis. A figura que acompanha indica que, para que esse processo seja cientificamente útil, tais especulações devem ser verificadas para verificar se elas são consistentes com a ciência cerebral estabelecida. Se essas idéias não parecem violar a ciência conhecida, podemos rotulá-los "com amizade cerebral" e levá-los mais a sério.

Fonte: Paul Nunez

Questões essenciais sobre o comportamento de quase qualquer sistema complexo envolvem uma distinção entre os estados extremos de localização (isolamento) versus estados globais . Em outras palavras, perguntamos se o sistema em questão se comporta principalmente como uma única entidade integrada, o que implica fortes interações contínuas entre todas as suas partes menores. Ou o sistema consiste em muitos pequenos sub-sistemas que atuam de forma mais ou menos independente? Esta ideia é bem ilustrada pelos fãs que interagem em um estádio de futebol; o comportamento coletivo do fã é análogo a vários estados cerebrais. Antes do início do jogo, a maioria das interações ocorre entre pessoas sentadas próximas; as conversas individuais são largamente não relacionadas. Podemos chamar essa condição de um fã de futebol de localização funcional . O estado oposto ocorre quando um touchdown é marcado e os fãs da equipe de casa estão torcendo juntos; Vamos chamar essa condição de coerência global . Mas mesmo neste estado global, os bolsos locais de visitantes descontentes e bebedores embriagados permanecem incorporados no sistema global.

A questão local-global está intimamente relacionada com a saúde cerebral. A ciência do cérebro sugere que os estados cerebrais mais complexos ocorrem entre os extremos do comportamento totalmente local e totalmente global, sugerindo assim uma correspondência entre a complexidade cerebral e a consciência saudável. Os sistemas químicos (neurotransmissores) podem atuar para mover o cérebro para diferentes lugares ao longo da gama local-global de comportamentos dinâmicos. Diferentes produtos químicos podem alterar a força de acoplamento entre áreas corticais distintas por ações seletivas em diferentes profundidades corticais. Uma consciência saudável está associada a um equilíbrio adequado entre mecanismos locais, regionais e globais. Os estados reais do cérebro que parecem análogos a esses estados de futebol metafórico variam desde esquizofrenia e autismo (localização extrema) até estados saudáveis ​​(localização moderada) para coma ou anestesia (coerência global extrema).

Como a fisiologia do cérebro humano evoluiu para gerar padrões complexos e também permitir que os cérebros passem facilmente entre seus estados localizados e globais? Em particular, a preponderância de pequenas conexões mundiais entre regiões distantes do córtex cerebral humano fornece um meio plausível para produzir uma ampla gama de padrões cerebrais complexos. Cada par de neurônios no córtex cerebral de mamíferos podem ser separados por um comprimento de trajeto de apenas duas ou três sinapses. Isso sugere que um potencial de ação de um neurônio visa um neurônio secundário que, por sua vez, visa um terceiro neurônio, e assim por diante. Mas, apenas duas ou três dessas etapas podem ser necessárias para que as influências de uma região se espalhem para o córtex distante. Esses contornos cortico-corticais são análogos à rede social humana global com o chamado seis graus de separação entre dois humanos, o que significa um comprimento de caminho de não mais do que seis contatos sociais em todo o mundo. Escolha alguém ao acaso, diga um homem de Taiwan. Você provavelmente conhece alguém, quem conhece alguém, e assim por diante, quem conhece este homem, com talvez apenas seis passos de conhecimento necessários para completar o caminho. Nós humanos vivemos em uma pequena rede social mundial. Várias outras propriedades são freqüentemente associadas a redes de pequeno mundo. Normalmente, há uma abundância excessiva de hubs-nodes na rede com um alto número de conexões. Por analogia, as redes do pequeno mundo das vias de voo das companhias aéreas têm curtas distâncias de viagem (longas distâncias) entre as duas cidades, porque muitos vôos são encaminhados pelas cidades do hub.

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Fonte: Paul Nunez

O córtex cerebral forma uma camada externa do cérebro. Como nossos argumentos sobre conexões corticais do mundo pequeno pertencem ao cérebro de diferentes mamíferos? Suponhamos que contamos o número de axônios que entram e deixam um remendo da parte inferior do córtex. Algumas dessas fibras conectam o córtex ao córtex (fibras cortico-corticais); outros ligam o córtex às estruturas profundas (mesencéfalo), especialmente ao tálamo. No cérebro humano, apenas cerca de 2 por cento a 5 por cento das fibras humanas que entram ou saem do córtex estão ligadas às estruturas do mesencéfalo. Ou seja, a grande maioria dessas fibras (axônios) em humanos é cortico-cortical. Em contraste, a densidade relativa dos axônios cortico-corticais é muito menor em mamíferos inferiores, talvez apenas cerca de 50 por cento em ratos, por exemplo.

Parece que a densidade relativa das fibras cortico-corticais torna-se progressivamente maior à medida que os mamíferos se tornam capazes de um comportamento mais complexo. Isso parece fazer sentido intuitivo – eu afirmo que sou mais esperto do que o meu cão Savannah, mas em que sentido sou mais esperto? Meu córtex olfativo é um idiota em comparação com Savannah's. De alguma forma, nossa humanidade parece originar-se de interações globais de múltiplos neurônios corticais e colunas em diferentes escalas dentro da hierarquia aninhada do tecido cortical. O feedback dinâmico que liga o córtex ao córtex pode ser relativamente mais importante em seres humanos do que em mamíferos inferiores.

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