Onde a neurociência está entendendo a consciência

A dinâmica de rede é a chave.

Muitos cientistas, até mesmo cientistas físicos, afirmam que o Santo Graal da ciência é entender a consciência humana. Esse estado humano é difícil de definir, mas é caracterizado por um estado em que sabemos o que acreditamos, conhecemos e imaginamos, sabemos o que decidimos e planejamos e sentimos o que sentimos. Isso não explica nada.

Fonte: Por Davidboyashi – Próprio trabalho, CC BY-SA 4.0

O problema na compreensão não é apenas que os mecanismos certamente devem ser complicados, mas também que não temos boas ferramentas experimentais não invasivas. Existem apenas duas ferramentas úteis, uma proxy metabólica da atividade elétrica neural (fMRI funcional) e monitoramento de atividade elétrica do couro cabeludo (o eletroencefalograma {EEG), ou sua contraparte no campo magnético. Entre os problemas com ressonância magnética funcional são que é apenas uma medida indireta da sinalização real dentro do cérebro que gera pensamento e sentimento e capacita a consciência. Sua resolução de tempo é de cerca de um segundo ou mais, enquanto a sinalização no cérebro ocorre em uma escala de milissegundos. Embora o EEG monitore a atividade na escala de tempo apropriada, tem uma resolução espacial muito pobre, pois os campos de voltagem sobre várias regiões do córtex se sobrepõem, porque a voltagem se estende em progressivamente diminuída amplitude através do meio condutor do cérebro de sua fonte de geração para outra. geradores de fonte. Embora o EEG monitore o alvo apropriado (atividade elétrica), essa atividade é um envelope dos sinais algebricamente somados de conjuntos neuronais heterogêneos, que são impulsos nervosos e seus potenciais pós-sinápticos associados mais próximos dos eletrodos sensores.

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No entanto, sabemos muitas coisas úteis sobre o funcionamento do cérebro que certamente estão envolvidas no funcionamento consciente. Neurocientistas descobriram muito disso em animais inferiores a partir de procedimentos invasivos que não são permissíveis em humanos. Em resumo, podemos listar as seguintes funções cerebrais que são relevantes para a consciência:

• O cérebro é uma rede de redes ricamente interconectadas.
• Funções são modulares. Diferentes redes têm funções primárias diferentes e mutáveis, e algumas podem ser seletivamente recrutadas quando sua função é necessária.
• Algumas redes podem executar múltiplas funções, dependendo de quais outras redes as recrutaram para a ação.
• Alguns aspectos da conectividade funcional de diferentes redes diferem em estados inconscientes e conscientes.
• Vigília e consciência não são as mesmas. O despertar é necessário, mas não é suficiente para a consciência.
• Muito se aprendeu sobre os mecanismos neurais que causam a vigília, mas isso não ajudou muito na compreensão da consciência.
• Os sinais de mensagens do cérebro são impulsos nervosos e seus efeitos pós-sinápticos neurotransmissores.
• As voltagens somadas da mensagem possuem efeitos eletrostáticos que alteram a excitabilidade dos neurônios dentro do campo de voltagem.
• A freqüência de explosões de impulsos e seu envelope de EEG impõe efeitos importantes no disparo e no throughput de informações à medida que se propaga e é modificado em todo o espaço de trabalho global das redes.
• Existem múltiplos correlatos neurais da consciência, mas não identificamos com certeza quais são necessários e suficientes para a consciência.

Acredita-se que a atividade elétrica oscilatória tenha um papel fundamental no encaminhamento seletivo de informações no cérebro. As oscilações parecem modular a excitabilidade, dependendo das relações de fase dos conjuntos neuronais ligados. Duas hipóteses proeminentes foram apresentadas como cruciais para a consciência e não são mutuamente exclusivas:

• Atividade bloqueada em fase em dois ou mais conjuntos (coerência)
• Gating inibidor que direciona caminhos para propagação dentro de redes.

A chave para descobrir mecanismos de consciência é identificar todos os correlatos neurais e, então, abrir a lista para aqueles que são necessários e suficientes para a consciência. Às vezes, importantes descobertas ocorrem quando você estuda o oposto do que você quer estudar. Este princípio é manifesto em estudos sobre a função cerebral durante vários estados de inconsciência (como anestesia, coma ou sono não-sonho). Uma revisão recente da pesquisa comparou os correlatos neurais do inconsciente com os da consciência. A avaliação mostrou conectividade interrompida no cérebro e maior modularidade durante o estado inconsciente, o que inibiu a integração eficiente de informações necessárias durante a consciência. Além disso, a revisão fez o ponto-chave de que os correlatos neurais da consciência que importam são os que ocorrem na consciência, mas não nos estados inconscientes. De particular relevância são os correlatos relacionados à conectividade funcional entre redes, porque múltiplas linhas de evidência revelam que essa conectividade degrada durante estados inconscientes e retorna quando a consciência recomeça.

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Em roedores, registros de múltiplos arranjos no córtex visual indicam que os padrões de conectividade são os mesmos durante a anestesia e na vigília. Talvez isso indique que os roedores não têm a arquitetura de rede necessária para capacitar a consciência. Eles podem estar acordados mas não conscientes. Estar desperto é claramente necessário para a consciência, mas não é suficiente. Além disso (se você não acredita em mim, veja o vídeo clássico do jogo de basquete U-tube sobre cegueira desatenta). Em um dado momento, estamos conscientes apenas dos alvos cognitivos específicos aos quais participamos.

A co-variação estatística de atividade em redes interligadas é uma medida de conectividade funcional. A atividade em redes interligadas pode alternar aleatoriamente ou estar em fase ou bloqueada em determinados intervalos de tempo. Operacionalmente, a conectividade pode permitir que um grupo de neurônios medie ou module a atividade em outro para operações passadas, presentes ou futuras. A dinâmica temporal desses processos varia dependendo do estado de consciência.

Uma visão muito popular sobre a consciência entre os neurocientistas atualmente é que o pensamento de ordem superior, especialmente o pensamento consciente, é mediado por campos de voltagem extracelular que oscilam na faixa de 12 a 60 ou mais ondas por segundo. Mudanças na freqüência oscilatória e no acoplamento coerente das oscilações entre vários pools de neurônios refletem a natureza e a intensidade do pensamento.

Surge a questão de como essas tensões, comumente chamadas de potenciais de campo, podem influenciar a atividade subjacente do impulso nervoso que causa a oscilação em primeiro lugar. As mensagens de pensamento são transportadas em padrões de impulsos nervosos que fluem em redes neurais. Potenciais de campo não estão sinalizando, pelo menos não diretamente. Eles podem influenciar indiretamente as mensagens por meio de redes que polarizam eletrostaticamente para serem mais ou menos capazes de gerar e propagar o tráfego de impulsos nervosos.

Os neurocientistas dão muita importância à dinâmica temporal das freqüências de voltagem do EEG. Por exemplo, uma vez os neurocientistas acreditavam que a sincronia de 40 / s era crítica para a consciência, mas estudos posteriores revelaram que essa sincronia pode ser mantida e até aumentada durante a anestesia. Mais tarde, os pesquisadores pensaram que haviam encontrado um papel crucial para a sincronia gama de frequência mais alta, mas isso também é agora questionado. Essa sincronia gama pode estar presente ou até aumentada durante a inconsciência. No entanto, a extensão espacial da sincronia pode ser o correlato significativo da consciência. A sincronia generalizada se quebra durante a inconsciência, enquanto a sincronia mais localizada permanece intacta ou até mesmo aumentada.

Numerosos estudos mostram um colapso da conectividade funcional durante vários estados de inconsciência. Por exemplo, fMRIs revelam desconexões cortico-corticais e talamocorticais durante o sono, anestesia geral e estados patológicos. A análise de EEG mostra quebras de conectividade semelhantes. Além disso, o repertório de possíveis configurações de conectividade que podem ser acessadas diminui durante estados inconscientes e é restaurado à medida que a consciência é retomada. Isso obviamente limita a robustez do processamento de informações que pode ocorrer na inconsciência. A atenção seletiva consciente provavelmente requer um repertório diferente de conectividade do que a consciência desatenta.

Os neurocientistas também estão descobrindo a importância não apenas da coerência de múltiplas áreas em uma determinada banda de frequência, mas também de que a sincronia de fase para duas freqüências diferentes também pode modular a comunicação em rede. O acoplamento de frequência cruzada das oscilações alfa e beta com oscilações gama de frequência mais alta pode amplificar, inibir ou bloquear o fluxo de impulsos nervosos em todo o circuito.

Avanços futuros certamente incluirão mais ênfase no monitoramento da conectividade funcional à medida que o cérebro entra e sai de vários estados de consciência e inconsciência. Penso, no entanto, que não faremos progressos definitivos na pesquisa da consciência até que avancemos em uma área da teoria e outra na metodologia tática.

A deficiência da teoria está nos modelos de redes neurais. Modelos computacionais de redes artificiais produzem resultados interessantes, mas provavelmente não são relevantes. Os cérebros não funcionam com os mesmos princípios que os computadores. Além disso, as redes cerebrais têm a plasticidade intrínseca que ainda não pode ser duplicada pelos computadores.

A deficiência do método é que não temos uma maneira não invasiva de monitorar a sinalização real, mesmo em uma fração significativa de todos os neurônios em todas as redes. Além disso, mesmo se tivéssemos uma maneira de monitorar os neurônios individuais de maneira não invasiva, provavelmente seria necessário monitorar seletivamente os neurônios em circuitos definidos. Em última análise, podemos confirmar que algumas coisas simplesmente não são conhecíveis. Certamente, no entanto, podemos aprender mais do que fazemos agora.

Referências

Bonnefond, Mathilde et al. (2017). Comunicação entre as áreas do cérebro com base em osciladores aninhados. eNeuro. 10 de março. 4 (2) ENEURO.0153-16.2017. doi: https://doi.org/101523/ENEURO.0153-16.2017.

Mashour, George A. e Hudetz, Anthony G. (2018). Correlatos neurais da inconsciência em redes cerebrais de larga escala. Tendências em neurociências. 41 (3), 150-160.