Cérebro usa o espaço para organizar o pensamento de forma flexível

Pesquisadores do MIT testaram a teoria da “computação espacial”, que afirma que o cérebro usa grupos ad hoc de neurônios guiados por ondas cerebrais para tarefas cognitivas, aplicando sinais a regiões do córtex pré-frontal.
O estudo, em animais, mediou spikes neuronais e ondas alfa/beta durante duas tarefas de memória de trabalho e uma de categorização; as ondas representaram informações de tarefa, enquanto os spikes carregaram informações sensoriais.
A potência das ondas alfa/beta aumentou com a dificuldade da tarefa, sugerindo que elas carregam as regras da tarefa; houve organização espacial das ondas e supressão de spikes sensoriais quando as ondas estavam mais fortes.
No desempenho, a variação de potência e tempo das ondas alem de predizer os acertos ou erros, com falhas associadas a regras ou à ordem dos estímulos.
Os resultados são compatíveis com evidências em humanos e indicam que as ondas podem se propagar por várias áreas do cérebro; o estudo teve financiamento de órgãos como o Office of Naval Research, entre outros.

O MIT testou a teoria da computação espacial, que sustenta que o cérebro recruta grupos ad hoc de neurônios para tarefas cognitivas ao aplicar ondas cerebrais a áreas do córtex. O estudo, realizado no The Picower Institute for Learning and Memory, usou animais para buscar evidências da teoria de computação espacial.

Segundo a teoria, o córtex pré-frontal organiza neurônios em grupos funcionais sob sinais de ondas alfa e beta (≈ 10-30 Hz) sem precisar reconfigurar circuitos fisicamente. As ondas atuam como modelos que definem quando e onde os neurônios respondem aos estímulos sensoriais.

Os pesquisadores liderados por Zhen Chen avaliaram cinco previsões no córtex pré-frontal durante tarefas de memória de trabalho e categorização. Observou-se que as ondas alfa/beta codificam o controle e as regras, enquanto os picos de disparo dos neurônios representam informações sensoriais.

Resultados da pesquisa

Análises mostraram que disparos neuronais carregam dados sensoriais, mas as ondas alfa/beta contêm o conteúdo da tarefa. As ondas tiveram participação mais forte no processamento de regras, com pico próximo aos momentos de decisão.

Além disso, houve organização espacial das ondas: áreas com maior potência apresentaram menor atividade de disparo neural relacionada à percepção. Em regiões com menor potência, a atividade de disparo aumentou, indicando uma relação inversa entre os dois sinais.

O estudo também revelou que a potência e o timing das ondas correlacionaram com o desempenho nas tarefas em cada tentativa. Erros relacionados às regras apresentaram padrões diferentes de ondas do que erros ligados a informações sensoriais.

Compatibilidade com pesquisas em humanos

Os autores destacam que dados humanos de EEG/MEG já sinalizam funções semelhantes, como o controle de áreas relevantes pela oscilação alfa em tarefas cognitivas. Os resultados em animais ajudam a entender como esse controle pode ocorrer de forma dinâmica.

Earl K. Miller, coautor sênior, ressalta que as ondas podem explicar a reorganização neural de longo alcance durante a execução de tarefas. Ainda assim, reconhece a necessidade de mais evidências para consolidar a teoria.

Além de Chen e Miller, participam do estudo Scott Brincat, Mikael Lundqvist, Roman Loonis e Melissa Warden. O trabalho contou com financiamento da Office of Naval Research, da Freedom Together Foundation e do Picower Institute.