Superfluidez e a sinergia dos seus quatro hemisférios cerebrais

A conectividade cérebro-cerebelo facilita a fluidez física e cognitiva.

Esta ilustração do início do século XX mostra a interconectividade de todos os quatro hemisférios cerebrais (ambos os hemisférios cerebrais e os dois hemisférios cerebelares) a partir de baixo. Cerebelar é a palavra irmã para cerebral e significa “relacionado a ou localizado no cerebelo”.

Fonte: Wikipedia / domínio público

A maioria das pessoas presume que os humanos têm apenas dois hemisférios cerebrais – mas na verdade nós temos quatro hemisférios cerebrais. Existem dois “grandes” hemisférios no cérebro que abrigam o córtex cerebral e são comumente chamados de “cérebro esquerdo-cérebro direito”. E há dois hemisférios menores ao sul do mesencéfalo, chamado cerebelo (em latim, “cérebro pequeno”). que abrigam o córtex cerebelar e células Purkinje em forma de leque.

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O “pequeno cérebro” é apenas cerca de 10% do volume cerebral, mas abriga a maioria dos neurônios totais do cérebro. Na maioria das espécies de mamíferos, tende a haver uma proporção consistente de 3,6 neurônios cerebelares para cada neurônio no córtex cerebral, de acordo com pesquisa de Suzana Herculano-Houzel (2010).

Este post é dividido em três seções: A primeira seção compartilha exemplos de por que o cerebelo e as células cerebelares de Purkinje têm sido parte de minha consciência desde que me lembro.

A segunda parte deste post compartilha alguns mapas cerebrais feitos à mão que ilustram a relação entre os dois hemisférios do cérebro e do cerebelo com base em um modelo de cérebro dividido que criei com meu pai para o manuscrito do The Athlete’s Way em 2005. Esta seção justapõe meu “Marcador de caneta Sharpie e Sharpie” mapas cerebrais caseiros com mapas cerebelares de última geração de tirar o fôlego (Guell et al., 2018, Marek et al., 2018) do ano passado.

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A terceira seção deste post compartilha exemplos autobiográficos de como eu combino mapas cerebrais cerebro-cerebelares e meu conceito de “superfluidez” como uma forma de inspirar minha filha de 11 anos a “ Unclamp * ” seu córtex pré-frontal e não pensar demais. Uma chave para criar a superfluidez é evitar “segurar” qualquer parte do corpo ou do cérebro. Devido aos meus mapas cerebrais simples, coloridos por números, minha filha pode visualizar facilmente a conectividade funcional de seus quatro hemisférios cerebrais quando está praticando esportes, escrevendo um jornal escolar, fazendo arte, aprendendo um novo idioma, tocando um instrumento musical, etc. .

(* Em sua lendária publicação baseada em palestras, Em Vitórias Vitais: As Energias dos Homens. O Evangelho de Relaxamento (1911), William James dá aos leitores conselhos atemporais: “ Liberte , em uma palavra, sua maquinaria intelectual e prática, e deixe correr livre; o serviço que você fará será duas vezes melhor. ”)

Parte Um: “Pense em martelar e forjar a memória muscular em suas células de Purkinje a cada golpe.”

Ontem, eu escrevi um post que relatou um novo estudo (Bijanki et al., 2019) que descobriu que a estimulação elétrica de um feixe de fibras brancas que conectam a massa cinzenta de várias regiões cerebrais do cérebro ajudou a neurocirurgia ansiosa pacientes que precisaram ficar acordados para um procedimento de craniotomia sentem-se felizes – e até mesmo fazem os pacientes rirem alto.

Durante todo o tempo em que escrevi sobre esse novo estudo, ontem, gostaria de ligar para o falecido pai Richard Bergland (1932-2007) e perguntar: “Pai, qual é o problema com essa nova descoberta? Por que você acha que investigar esse chamado “lugar feliz” no cérebro faz os pacientes caírem de rir?

Richard Bergland escolheu uma visão sagital do cérebro inteiro para destacar a divisão saliente entre o cérebro e o cerebelo.

Fonte: Viking Adult / Fair Use

Meu pai era um proeminente neurocirurgião e neurocientista do século XX que era brilhante em comunicar a sobreposição entre as evidências empíricas obtidas por meio do estudo de modelos animais em laboratório, com observações feitas por ele, conhecendo seus pacientes antes, durante e após uma cirurgia no cérebro. Em 1986, ele publicou The Fabric of Mind (Viking Adult).

Quando eu era criança, ia ao hospital com meu pai na maioria dos domingos e esperava em seu escritório enquanto ele fazia as rondas. Depois, jogávamos tênis ou squash. Este foi o nosso ritual semanal para grande parte da minha juventude, e o único tempo real de pai e filho que passamos juntos naquela época.

Coincidentemente, porque nasci em 1966 e meu pai cruzava regularmente com David Marr – que era um pioneiro do cerebelo – e escreveu o importante livro “Uma teoria do córtex cerebelar” (Marr, 1969) que afirmava que as células cerebelares de Purkinje eram fundamentais aprendendo habilidades motoras – meu pai incorporou esse conhecimento sempre que treinava meu jogo de tênis nos anos 70.

Em 1971, quando eu estava aprendendo a lidar com uma raquete de tênis, o modelo de aprendizagem motora Marr-Albus tornou-se a base da abordagem de meu pai para me ensinar a dominar meus traços de tênis e a servir como profissional.

Como treinador, meu pai sempre trazia sua formação em neurociência para o tribunal e dizia coisas para mim como “Chris, pense em martelar e forjar a memória muscular de suas células de Purkinje a cada braçada”.

Em 2009, Piergiorgio Strata escreveu uma retrospectiva, “A Teoria do Aprendizado Cerebelar de David Marr: 40 anos depois”, que deixou claro para mim por que meu pai estava tão interessado em colocar as células do cerebelo e Purkinje no centro das atenções quando eu estava aprendendo sobre memória muscular como jovem tenista.

Uma razão pela qual o cerebelo intrigou meu pai foi porque, ao longo da história, a maioria dos especialistas achava que o cerebelo estava apenas envolvido nas funções motoras – mas meu pai tinha um palpite de que o cerebelo também poderia estar envolvido em funções não motoras.

Infelizmente, esse “palpite educado” não foi sustentado por nenhuma evidência empírica na época. Portanto, meu pai costumava pensar: “ Não sabemos exatamente o que o cerebelo está fazendo. Mas o que quer que esteja fazendo, está fazendo muito disso ”.

Na capa de “The Athlete’s Way”, Christopher Bergland está correndo 135 milhas sem escalas pelo Vale da Morte na Ultramaratona de Badwater.

Fonte: St. Martin’s Press / Fair Use

Depois que me aposentei de competições profissionais de atletismo, decidi escrever um livro sobre neurociência e esportes, The Athlete’s Way: Sweat and the Biology of Bliss (2007), com meu pai atuando como médico especialista. É claro que o cerebelo humano ocuparia o centro do palco em todo o manuscrito, devido ao seu inegável papel na memória muscular e no papel fundamental em movimentos coordenados de ajuste fino. Eu também queria usar minha plataforma como escritor de ciências para obter algumas das idéias mais radicais do meu pai sobre o cerebelo publicadas.

Infelizmente, ao final de sua carreira profissional, meu pai havia queimado muitas pontes com seus colegas da Ivy League. Divulgação completa: Meu pai era um rageaholic que muitas vezes não tinha regulação emocional. Normalmente, se meu pai discordasse de alguém e as coisas esquentassem, ele perderia a calma e não teria muita sutileza quando se tratava de política no local de trabalho. Na época em que se aposentou, no final dos anos 90, a maioria das pessoas no setor médico havia dito “boa viagem” porque ele era um “herege” irreverente que estava decidido a desafiar o status quo das torres de marfim da academia.

No momento em que ele se aposentou da neurocirurgia, meu pai tinha sido basicamente colocado na lista negra pela maioria de seus colegas e não tinha chance de ter suas idéias sobre o cérebro publicadas em periódicos revisados ​​por pares. Foi doloroso vê-lo cair em um estado de desesperança e desespero na aposentadoria precoce.

Christopher Bergland se baseou na criação de um estado de “superfluidez” para quebrar um Recorde Mundial do Guinness.

Fonte: Foto de Christopher Bergland

Então, depois que eu quebrei o Recorde Mundial do Guinness como um ultra-runner e tive o prestígio de conseguir um acordo de livro sobre desempenho de pico, uma grande parte de minha missão como escritor baseado em ciência era ser um mensageiro dissimulado de idéias visionárias sobre o cerebelo para uma ampla audiência geral.

Dito isso, minha determinação e ambição de conseguir um livro de acordo com uma das editoras dos Big Five e escrever um livro sobre neurociência e esportes também provou ao meu pai que eu não era apenas um idiota idiota. Desde a escola primária, eu tive um chip no meu ombro que minha irmã mais velha tinha todos os “livros inteligentes” e que eu recebi o prêmio de ser um estudante terrível, mas com “gênio cerebelar”. Sempre enraizado para o cerebelo como underdog underappreciated. Se o cerebelo tivesse uma voz, imagino que diria de uma forma inspirada em Rodney Dangerfield: “Não tenho respeito!” Desde que me lembro, queria dar ao cerebelo o reconhecimento que ele merece.

Parte Dois: Cérebro Para Baixo Do Cérebro: Uma Hipótese Sempre Em Mudança

Durante a maior parte de 2005 e 2006, falei e enviei um email com meu pai constantemente. Durante longas conversas, eu escolhia seu cérebro para informações detalhadas baseadas em neurociência todos os dias enquanto escrevia o manuscrito da The Athlete’s Way . Juntos, criamos um novo modelo de cérebro dividido que chamamos de “cérebro para cima”. Nosso objetivo era desviar o foco do “cérebro esquerdo-direito”, colocando o “pequeno cérebro” no centro das atenções. Abaixo está um diagrama desse modelo de cérebro dividido pai-filho.

Este mapa do cérebro ilustra as primeiras encarnações do “Bergland Split-Brain Model” e descreve vários papéis hipotéticos que cada região do cérebro pode desempenhar dentro de um sistema de córtex cerebral cerebelar interconectado. (Da p. 81 de “O Caminho do Atleta: Suor e a Biologia da Felicidade”)

Fonte: Foto e diagramação de Christopher Bergland (Circa 2007)

Tragicamente, em 2007, meu pai morreu repentinamente de um ataque cardíaco logo após a publicação do que nós dois esperávamos que fosse um livro que mudasse o jogo. O único forro de prata de sua morte prematura foi que meu pai faleceu achando que nosso livro seria um best-seller. Infelizmente, o livro nunca ganhou força com uma audiência geral e foi um fracasso.

No funeral de meu pai, fiz uma promessa de que faria o melhor possível como escritor científico para relatar as pesquisas mais recentes sobre o cerebelo em tempo real e manter uma linha do tempo dos avanços do século XXI na pesquisa do cerebelo para homenagear meu pai. legado. Eu também fiz um compromisso de continuar a avançar idéias teóricas sobre o cerebelo e meu conceito de “superfluidez” baseado na experiência de vida e evidência anedótica (como estou fazendo neste post).

Como escritor de ciências, andar na corda bamba entre reportagem direta e “contar histórias” pode ser complicado de se navegar. Na maioria das vezes quando eu faço reportagem sobre ciência, eu evito usar qualquer pronome de primeira pessoa e propositadamente manter a escrita estritamente baseada em evidências.

Ilustração mostrando como um eletrodo foi inserido no feixe de cíngulo.

Fonte: De Bijanki et al., Journal of Clinical Investigation (2019); Cortesia da Sociedade Americana de Investigação Clínica

Por exemplo, ontem, quando escrevi um post, “os neurocientistas encontraram um ‘lugar feliz’ no cérebro?”. Não há pronomes de primeira pessoa propositalmente no texto. Por outro lado, quando eu estava construindo o formato e o layout deste post na esteira enquanto corria na academia esta manhã, pude ver um fluxograma de vários estudos de pesquisa, imagens visuais e exemplos de episódios em minha mente que eu queria reunir sob o guarda-chuva da “superfluidez e a sinergia dos quatro hemisférios do seu cérebro”.

A razão pela qual eu decidi compor este post hoje é porque ontem enquanto eu estava estudando a ilustração da visão sagital de Bijanki et al. (acima) de um eletrodo sondando o feixe de cíngulo de um paciente de neurocirurgia recebendo uma craniotomia, continuei visualizando meu pai na sala de cirurgia realizando procedimentos cerebrais “acordados”.

Eu também tive visualizações do mapa do cérebro (abaixo) que recuou em 2009, que enfatiza a importância de “colmatar as lacunas entre os quatro hemisférios cerebrais” através de tratos de fibras de substância branca. Na minha opinião, pareceu uma coincidência engraçada que o ponto onde a sobreposição dos laços de feedback bidirecionais de setas verdes e amarelas cruzam-se no cérebro (“cérebro para cima”) está na mesma vizinhança que a parte do feixe de cíngulo. que Bijanki et al. (2019) direcionados com sua sonda de baixa amplitude.

Este mapa cerebral topográfico do circuito “cerebro-cerebelar” ilustra a importância de otimizar a conectividade funcional contralateral entre os dois hemisférios cerebrais e os dois hemisférios cerebelares.

Fonte: Foto e Ilustração de Christopher Bergland (Circa 2009)

O mapa cerebral rudimentar acima oferece uma visão aérea de todos os quatro hemisférios cerebrais “esmagados” em um plano para que o espectador possa visualizar como as fibras de matéria branca conectam a massa cinzenta das regiões cerebrais. Cada matéria cinzenta envolta em “órbita em forma de ovo” representa um dos quatro hemisférios cerebrais. Como uma boneca russa, você poderia mergulhar mais profundamente em cada um desses hemisférios para explorar os vários lóbulos dentro de cada hemisfério cerebral e microzonas dentro de cada hemisfério cerebelar. De lá, você poderia fazer outra exploração mais profunda e mapear circuitos neurais.

Em 25 de janeiro, Chloe Williams escreveu uma reportagem da Spectrum , “New Brain Maps Hint no papel do Cerebelo em cognição, linguagem”, que faz um excelente trabalho resumindo por que avanços recentes no mapeamento cerebral do cerebelo são tão empolgantes. Williams escreve:

“O cerebelo há muito é conhecido por ser responsável por coordenar movimentos. Mas os cientistas estão descobrindo que também podem coordenar a linguagem, a cognição e os comportamentos sociais. No entanto, a estrutura e a função da região são pouco compreendidas, assim como o grau em que ela varia entre as pessoas. Uma nova análise (Marek et al., 2018) das varreduras cerebrais destaca variações no cerebelo no nível das redes de neurônios. Também mostra como a região do cérebro pode cooperar com outras regiões para governar o pensamento complexo.

As imagens resultantes mostram até que ponto a atividade em partes do cerebelo acompanha a de outras regiões cerebrais de cada pessoa. Com base nessas correlações, os pesquisadores atribuíram regiões do cerebelo a várias redes neurais, incluindo a rede de atenção dorsal, a rede do modo padrão (sonhar acordado) e aquelas que controlam as mãos, a face e os pés. A equipe também analisou os exames para o tempo relativo da atividade cerebral. Eles descobriram que os sinais nas redes cerebelares ficam para trás daqueles no córtex cerebral em 125 a 380 milissegundos. Esse achado sugere que o cerebelo processa sinais originados no córtex cerebral, como aqueles envolvidos no aprendizado. ‘Mapeamento de precisão’ pode ser usado para entender como as diferenças individuais na organização cerebelar contribuem para as diferenças de comportamento. ”

Eu relatei este estudo por Scott Marek et al. (2018) e os excelentes mapas cerebrais do cerebelo (abaixo) criados por Xavier Guell et al. (2018) em vários posts no ano passado. (Veja “Mapeando o Cerebelo Humano Reformula as Funções do Cérebro Integral”, os Estudos do Cerebelo Desafiam Antigas Noções de Como Pensamos ”,“ 3 Razões que o “Cérebro Pequeno” Pode se Tornar a Próxima Grande Coisa ”.)

Gradientes de cerebelo e relação com mapas discretos de atividade de tarefa (de Guell et al., 2018a) e mapas de estado de repouso (de Buckner et al., 2011)

Fonte: Xavier Guell e outros / eLife 2018 (Creative Commons)

Terceira parte: o que é a superfluidez e como ela se relaciona com a visualização dos mapas cerebrais cerebrais do cerebelo?

Para a seção final deste post, vou mudar de assunto completamente e compartilhar alguns exemplos autobiográficos de como eu explico meu conceito de “superfluidez” e “preenchendo as lacunas entre os quatro hemisférios cerebrais” para minha filha de 11 anos de idade. em uma base regular. Esperançosamente, esses exemplos do mundo real de como os conceitos de “fluxo” e neurociência se juntam, tornarão essa informação relacionada a pessoas de todas as idades e estilos de vida. (Para alguns exemplos audio-visuais de superfluidez, veja “Sete Exposições de Superfluidez em Ação”.)

No início de minha carreira como atleta de ultra-resistência, li o seminal best-seller de Mihaly Csikszentmihalyi, Flow: The Psychology of Optimal Experience (1990). Este livro foi uma dádiva de Deus para mim como um triatleta novato.

Dito isto, depois de passar incontáveis ​​horas na “zona” e criar fluxo todos os dias da semana, ficou claro para mim que havia explosões episódicas de “êxtase transcendente” que aconteciam dentro do canal de fluxo. Essas explosões orgásticas de conexão com algo muito maior do que eu no universo me lembraram de experiências que eu tive com a psilocibina que “abriu minhas portas de percepção” durante a adolescência.

Uma grande parte do meu fanatical drive para se tornar um atleta de ultra-resistência estava enraizada na busca de ter esses momentos de dissolução do ego de sentir absolutamente zero atrito, viscosidade ou entropia entre meus pensamentos, ações e emoções combinadas com um sentimento de “ unidade “para tudo ao meu redor enquanto eu estava correndo, andando de bicicleta ou nadando. Quanto mais tempo eu passava na “zona” criando um estado de fluxo, maiores as chances de eu ter momentos de superfluidez. O capítulo final do Caminho do Atleta é intitulado “Superfluidity: Chase Your Bliss.”

Quando me aposentei de competições esportivas profissionais e me dediquei a me tornar um “escritor”, percebi que os mesmos momentos de superfluidez que aconteciam comigo enquanto treinava ou competia em um triatlo também aconteciam na minha máquina de escrever. Uma vez em uma lua azul, quando eu estava digitando, parecia como se houvesse uma explosão de sinergia entre os quatro hemisférios cerebrais que me permitiu transmitir pensamentos originais, evidências empíricas, imagens visuais e novas idéias de uma forma que me pareceu ” superfluido. ”Assim como o“ fluxo ”pode ocorrer a qualquer momento em que você discar para o ponto ideal entre seu nível de habilidade e o desafio, momentos episódicos de superfluidez podem ocorrer a qualquer momento que você estiver na zona.

Através da lente de um continuum de distúrbios neurológicos clínicos até o desempenho máximo: A superfluidez de pensamento, emoção e movimento coordenado está no extremo oposto do espectro da síndrome cognitiva afetiva cerebelar debilitante (Schmahmann & Sherman, 1998), ataxia grave e dismetria de pensamento (Schmahmann, 1998).

Como pai, um dos meus principais objetivos é estruturar atividades semanais para minha filha que facilitam o fluxo e a superfluidez em várias arenas, ao mesmo tempo em que a estimula a aumentar involuntariamente o volume de massa cinzenta em cada hemisfério cerebral e otimizar a conectividade funcional entre seus quatro filhos. hemisférios. Tenho um palpite de que essas alterações cerebrais ocorrem por meio da neuroplasticidade e da neurogênese, expondo minha filha a uma mistura igual de atividades cerebrais, cerebelares e cerebro-cerebelares semanalmente, juntamente com atividade física diária moderada a vigorosa (AFMV).

Estou ciente de que para muitos espectadores a lista semanal de atividades “extracurriculares” da minha filha – que inclui aprender a falar francês e sueco fluentemente, tênis, natação, balé, cavalgadas, aulas de violão, clubes de teatro e aulas de cerâmica – parece -no-topo e gosto muito. Se minha filha estivesse passando por algum tipo de esgotamento, eu imediatamente cortaria suas atividades semanais. Mas ela realmente adora fazer todas essas atividades.

É importante ressaltar que minha filha de 11 anos não sente qualquer pressão de mim por ser uma pessoa que trabalha em excesso ou que sua “dignidade de amor e pertencimento” tem algo a ver com ser uma estrela do rock no campo de jogo . (Veja “Florescer na vida não requer obtenção de direito”)

Porque meu pai colocou tanta pressão em mim e minhas irmãs para ser atletas do time do colégio e obter notas perfeitas, deixo muito claro para a minha filha que eu não compartilho o mesmo sistema de valores como seu falecido avô. Dito isso, ela também sabe que otimizar a conectividade funcional entre os quatro hemisférios cerebrais e “liberar” seu córtex pré-frontal é a melhor maneira de deixar sua criatividade correr solta, entrar na zona de fluxo e alcançar estados periódicos de superfluidez.

Esperançosamente, aprender mais sobre esses conceitos inspirará os leitores de todas as idades a estruturar rotinas diárias que otimizem o volume de matéria cinzenta e a interconectividade de seus quatro hemisférios cerebrais, juntamente com a busca diária de experimentar momentos de zero atrito, viscosidade ou entropia entre você. pensamentos, ações e emoções.

Referências

David Marr. “Uma Teoria do Córtex Cerebelar.” The Journal of Physiology (publicado pela primeira vez: 1 de junho de 1969) DOI: 10.1113 / jphysiol.1969.sp008820

James S. Albus “Uma Teoria da Função Cerebelar”. Biociências Matemáticas (Publicado pela primeira vez em fevereiro de 1971) DOI: 10.1016 / 0025-5564 (71) 90051-4

Jeremy D. Schmahmann e Deepak N .. Pandya. “The Cerebocerebellar System ” Revista Internacional de Neurobiologia (1997) DOI: 10.1016 / S0074-7742 (08) 60346-3

Jeremy D. Schmahmann e Janet C. Sherman. “A Síndrome Afetiva Cognitiva Cerebelar.” Cérebro: Um Jornal de Neurologia (Publicado pela primeira vez em abril de 1998) DOI: 10.1093 / brain / 121.4.561

Jeremy D. Schmahmann. “Dismetria do Pensamento: Conseqüências Clínicas da Disfunção Cerebelar na Cognição e no Afeto.” Tendências na Neurociência Cognitiva (Primeira publicação: 1 de setembro de 1998) DOI: 10.1016 / S1364-6613 (98) 01218-2

Suzana Herculano-Houzel. “Escalada coordenada de números corticais e cerebelares de neurônios”. Fronteiras em neuroanatomia (2010) DOI: 10.3389 / fnana.2010.00012

Xavier Guell, Jeremy D. Schmahmann, João DE Gabrieli, Satrajit S. Ghosh. “Gradientes Funcionais do Cerebelo.” ELife (Primeira publicação: 14 de agosto de 2018) DOI: 10.7554 / eLife.36652

Scott Marek et al. “Organização Espacial e Temporal do Cerebelo Humano Individual”. Neurônio (Primeira publicação: 25 de outubro de 2018) DOI: 10.1016 / j.neuron.2018.10.010

Kelly R. Bijanki, Joseph R. Manns, Cory S. Inman, Ki Sueng Choi, Sahar Harati, Nigel P. Pedersen, Daniel L. Drane, Allison C. Waters, Rebecca E. Fasano, Helen S. Mayberg, Jon T. Willie. “A estimulação do cíngulo aumenta o efeito positivo e a ansiedade para facilitar a craniotomia acordada”. Journal of Clinical Investigation (In-Press Preview Publicado em: 27 de dezembro de 2019 / Publicação eletrônica (Versão 2) Publicado em: 11 de fevereiro de 2019) DOI: 10.1172 / JCI120110