A consciência tem sido descrita há muito tempo como um dos quebra-cabeças mais difíceis da ciência. Os pesquisadores ainda não entendem completamente como a organização cerebral produz pensamentos, emoções e experiências subjetivas. Uma técnica relativamente nova chamada ultrassom focalizado transcraniano pode oferecer uma maneira poderosa de estudar esse mistério de forma mais direta.
Embora a técnica já exista há muitos anos, ainda não se tornou uma ferramenta padrão na pesquisa em neurociência. Agora, dois pesquisadores do MIT estão preparando novos experimentos usando a técnica e publicaram um artigo que serve como um guia detalhado, ou “roteiro”, para aplicá-la à pesquisa da consciência.
“O ultrassom focalizado transcraniano permite estimular diferentes partes do cérebro de indivíduos saudáveis de maneiras que você não conseguia fazer antes”, disse Daniel Freeman, pesquisador do MIT e coautor do artigo. “Esta ferramenta não é útil apenas para a medicina e até mesmo para a ciência básica, mas também pode ajudar a resolver o difícil problema da consciência. Ela pode detectar a localização de circuitos neurais no cérebro que produzem sensações de dor, visão e até mesmo coisas tão complexas quanto o pensamento humano.”
Ao contrário de outros métodos de estimulação cerebral, o ultrassom focalizado transcraniano não requer cirurgia. Pode atingir áreas mais profundas do cérebro com mais precisão do que técnicas como estimulação magnética transcraniana ou estimulação elétrica.
“Existem poucas maneiras confiáveis de manipular a atividade cerebral que sejam seguras e eficazes”, disse Matthias Michel, filósofo do MIT que estuda a consciência e é coautor do artigo.
O estudo, intitulado “O ultrassom focado transcraniano identifica substratos neurais da percepção consciente”, foi publicado na Neuroscience and Biobehavioral Reviews. Além de Freeman e Michel, os autores incluem Brian Odegaard, professor assistente de psicologia na Universidade da Flórida, e Seung-Schik Yoo, professor associado de radiologia no Brigham and Women’s Hospital e na Harvard Medical School.
Por que estudar o cérebro é tão desafiador
Compreender o cérebro humano é particularmente difícil porque os investigadores muitas vezes não conseguem realizar experiências em pessoas saudáveis de forma invasiva. Fora da neurocirurgia, os cientistas têm opções limitadas para explorar as estruturas profundas do cérebro. Ferramentas de imagem como ressonância magnética e várias formas de ultrassom podem mostrar estruturas anatômicas, enquanto a eletroencefalografia (EEG) registra sinais elétricos em todo o cérebro. No entanto, estes métodos observam principalmente a actividade em vez de a influenciarem directamente.
O ultrassom focalizado transcraniano funciona de maneira diferente. Ele envia ondas sonoras através do crânio e as concentra em um alvo preciso, às vezes com apenas alguns milímetros de diâmetro. Isto permite aos investigadores estimular regiões específicas do cérebro e observar os seus efeitos, tornando-o uma ferramenta promissora para experiências cuidadosamente controladas.
“Esta é realmente a primeira vez na história que é possível modular a atividade profunda no cérebro, a apenas alguns centímetros do couro cabeludo, e examinar estruturas subcorticais em alta resolução espacial”, disse Freeman. “Existem muitos circuitos afetivos interessantes nas profundezas do cérebro, mas até agora não foi possível manipulá-los fora da sala de cirurgia”.
Testando causalidade na consciência
Uma das vantagens mais importantes desta tecnologia é a sua capacidade de ajudar a identificar relações de causa e efeito no cérebro. Muitos estudos atuais sobre a consciência baseiam-se na observação da atividade cerebral à medida que as pessoas processam estímulos visuais ou realizam tarefas relacionadas à consciência. Embora estes estudos revelem correlações, nem sempre indicam se os sinais cerebrais criam a experiência consciente ou simplesmente a seguem.
Ao alterar ativamente a atividade cerebral, o ultrassom focalizado transcraniano pode ajudar os pesquisadores a determinar quais processos neurais são críticos para a consciência e quais são influências secundárias.
“O ultrassom focalizado transcraniano nos dá uma maneira de resolver esse problema”, disse Michel.
Diferentes visões sobre como a consciência funciona
No seu artigo, os investigadores descrevem como a técnica poderia ser usada para testar duas amplas teorias da consciência. Uma visão, conhecida como abordagem cognitivista, sustenta que a experiência consciente depende de processos mentais de nível superior, como o raciocínio, a reflexão e a integração de informações em todo o cérebro. Esta visão muitas vezes enfatiza o papel do córtex frontal.
Uma visão alternativa, às vezes chamada de abordagem não-cognitivista, sugere que a consciência não requer mecanismos cognitivos complexos. Em vez disso, padrões específicos de atividade cerebral podem produzir diretamente experiências específicas. Desta perspectiva, a consciência pode surgir em regiões cerebrais mais locais, incluindo áreas atrás do córtex ou estruturas subcorticais mais profundas.
Os pesquisadores propõem o uso do ultrassom focado para explorar questões como o papel do córtex pré-frontal na percepção, se a consciência depende da atividade cerebral local ou de redes em grande escala, como diferentes regiões do cérebro combinam informações em uma única experiência e qual o papel que as estruturas subcorticais desempenham na consciência.
O que a dor e a visão podem revelar
Experimentos utilizando estímulos visuais podem ajudar a identificar regiões cerebrais necessárias para a percepção consciente. Uma abordagem semelhante pode ser aplicada à dor, outro componente fundamental da experiência consciente. Por exemplo, as pessoas muitas vezes afastam as mãos de superfícies quentes antes de sentirem dor conscientemente. Isto levanta questões sobre onde e como a sensação de dor realmente surge.
“Esta é uma questão científica fundamental: como a dor é gerada no cérebro”, disse Freeman. “É surpreendente que exista tanta incerteza… A dor pode ter origem em áreas corticais ou em estruturas cerebrais mais profundas. Estou interessado em tratamentos, mas também estou curioso para saber se as estruturas subcorticais podem desempenhar um papel maior do que se pensava. A manifestação física da dor pode ser subcortical. Isso é uma hipótese. Mas agora temos uma ferramenta para examiná-la.”
Experimentos do MIT e interesse crescente
Freeman e Mitchell não apenas delineiam ideias para pesquisas futuras. Eles estão planejando ativamente experimentos que começarão com a estimulação do córtex visual e depois passarão para áreas de nível superior do córtex frontal. Embora ferramentas como a eletroencefalografia possam mostrar quando os neurônios respondem à entrada visual, o objetivo desses novos estudos é criar uma conexão mais clara entre a atividade cerebral e a experiência real de uma pessoa.
“Uma coisa é dizer se esses neurônios produzem uma resposta elétrica. Outra coisa é dizer se uma pessoa vê luz”, disse Freeman.
Michelle também ajudou a construir uma comunidade de pesquisa mais ampla em torno da consciência no MIT. Ele foi cofundador do MIT Consciousness Club com Earl Miller, professor de neurociência no Departamento de Cérebro e Ciências Cognitivas do MIT. O grupo reúne acadêmicos de diversas disciplinas para sediar eventos mensais focados em avanços na pesquisa da consciência.
O MIT Awareness Club é apoiado em parte pelo MIT Human Insights Collaborative MITHIC, uma iniciativa apoiada pela Escola de Humanidades, Artes e Ciências Sociais.
Para Michel, o ultrassom focalizado transcraniano representa uma direção promissora na área.
“Esta é uma ferramenta nova, então realmente não sabemos quão útil será”, disse ele. “Mas acho que o risco é baixo e a recompensa é alta. Por que você não seguiria esse caminho?”
A pesquisa descrita no artigo foi apoiada pelo Departamento da Força Aérea dos EUA.
