O cérebro humano está sempre trabalhando, processando informações que chegam em diferentes cronogramas. Alguns sinais exigem uma resposta imediata às mudanças no ambiente, enquanto outros se revelam lentamente à medida que interpretamos o significado, o contexto ou a intenção.
Um novo estudo da Rutgers Health é publicado em comunicações da naturezaexplorando como o cérebro combina esses sinais rápidos e lentos. O estudo centra-se em como as redes de conexões da substância branca permitem que diferentes regiões do cérebro se comuniquem, apoiando o pensamento, a tomada de decisões e o comportamento.
Regiões cerebrais funcionam em diferentes relógios internos
Nem todas as partes do cérebro processam informações da mesma maneira ou na mesma velocidade. Cada região opera em uma janela de tempo característica chamada escala de tempo neural intrínseca, ou INT, para abreviar. Estas escalas de tempo refletem quanto tempo uma região retém informações antes de passar para o próximo sinal.
“Para influenciar o nosso ambiente através da acção, os nossos cérebros devem combinar informações processadas em diferentes escalas de tempo”, disse Lyndon Parks, professor assistente de psiquiatria na Rutgers Health e autor sénior do estudo. “O cérebro faz isso aproveitando as suas conexões de matéria branca para compartilhar informações entre regiões, e esta integração é crítica para o comportamento humano”.
Mapeando as conexões cerebrais de quase 1.000 pessoas
Para entender como funciona essa integração, Parkes e seus colegas examinaram dados de imagens cerebrais de 960 pessoas. Usando essas informações, eles criaram um mapa detalhado das conexões cerebrais de cada pessoa, chamado conectoma. A equipe então aplicou modelos matemáticos que descrevem como sistemas complexos evoluem ao longo do tempo para rastrear como a informação se move dentro dessas redes.
“Nosso trabalho explora os mecanismos subjacentes a esse processo em humanos, modelando diretamente as conexões INT das regiões”, disse Parks, membro principal do Rutgers Brain Health Institute e do Center for Advanced Human Brain Imaging Research. “Isso estabelece uma ligação direta entre como as regiões do cérebro processam informações localmente e como o processamento é compartilhado por todo o cérebro para produzir comportamento”.
Por que as diferenças temporais são importantes para a cognição
Os pesquisadores descobriram que o arranjo das escalas de tempo neurais no córtex cerebral desempenha um papel fundamental nas transições eficientes do cérebro entre padrões de atividade em larga escala relevantes para o comportamento. Essa organização do tempo é diferente para cada pessoa.
“O que descobrimos é que as diferenças na forma como o cérebro processa a informação a diferentes velocidades ajudam a explicar porque é que as pessoas têm capacidades cognitivas diferentes”, disse Parks.
O estudo também mostra que estes padrões temporais estão associados a características genéticas, moleculares e celulares do tecido cerebral, ligando estas descobertas a processos biológicos fundamentais. Conexões semelhantes foram encontradas em cérebros de camundongos, sugerindo que esses mecanismos são compartilhados entre espécies.
“Nosso trabalho destaca ligações fundamentais entre a conectividade da substância branca do cérebro e suas propriedades computacionais locais”, disse Parks. “Pessoas cuja fiação cerebral está mais alinhada com a forma como diferentes áreas processam informações rápidas e lentas tendem a apresentar habilidades cognitivas mais elevadas”.
Impacto na pesquisa em saúde mental
Com base nestes resultados, a equipa de investigação está agora a aplicar a mesma abordagem às perturbações neuropsiquiátricas, como a esquizofrenia, a perturbação bipolar e a depressão. O objetivo é compreender como as mudanças nas conexões cerebrais ao longo do tempo podem perturbar a forma como a informação é processada.
O estudo foi conduzido em colaboração com Avram Holmes, professor associado de psiquiatria e membros principais do Rutgers Brain Health Institute e do Center for Advanced Human Brain Imaging Research, dos pós-doutorados Ahmad Beyh e Amber Howell, e Jason Z. Kim da Cornell University.
