Embora a mente possa facilmente sair do caminho, ela também tem uma extraordinária capacidade de reorientar-se. Pesquisadores do Instituto Picower de Aprendizagem e Memória do MIT revelaram como esse processo funciona. Num novo estudo com animais, descobriram que a atividade neural sincronizada, que aparece como ondas rotativas no cérebro, ajuda a guiar os pensamentos de volta à tarefa em questão.
“As ondas rotacionais agem como pastores, guiando o córtex de volta ao caminho computacional correto”, disse Earl K. Miller, autor sênior do estudo e professor Picower no Instituto Picower e no Departamento de Cérebro e Ciências Cognitivas do MIT.
Tamal Batabyal, pesquisadora de pós-doutorado no Instituto Picower, liderou o trabalho, que foi publicado em 3 de novembro em Jornal de Neurociência Cognitiva.
“Rotação” matemática…
No experimento, os animais realizaram uma tarefa visual de memória operacional enquanto ocasionalmente encontravam um dos dois distratores. Como esperado, estas perturbações perturbaram o desempenho dos animais, por vezes fazendo com que os animais cometessem erros ou reagissem mais lentamente quando precisavam de responder. Durante a tarefa, os cientistas monitoraram os sinais elétricos de centenas de neurônios no córtex pré-frontal, uma região do cérebro envolvida na tomada de decisões e no pensamento complexo.
Para entender como essa atividade neural muda ao longo do tempo e sob diferentes condições – com ou sem distração, e durante performances precisas ou imprecisas – a equipe usou um método chamado Codificação de subespaço. A técnica visualiza como grupos de neurônios coordenam sua atividade, revelando padrões organizacionais.
“É como um estorninho sussurrando no céu”, disse Miller.
Após cada distração, os pesquisadores observaram um padrão giratório dentro do subespaço, como se os estorninhos tivessem retornado à formação após serem dispersos. Segundo Miller, esse movimento circular representa o retorno do cérebro a um estado coordenado após uma interrupção.
O grau de rotação pode até prever o desempenho da tarefa. Quando a distração não causava erro, a atividade neural formava um ciclo completo, marcando a recuperação total. Mas quando as distrações interferiram no desempenho, os círculos permaneceram incompletos (30 graus em média) e giraram mais lentamente. Este ritmo mais lento pode refletir a incapacidade do cérebro de recuperar totalmente o foco.
Outra observação é que a recuperação melhora quando o intervalo de tempo entre a distração e a resposta desejada é maior. Os dados sugerem que o cérebro precisa deste intervalo para completar a sua rotação através do espaço matemático e recuperar o foco neural e comportamental.
A codificação subespacial revela que os neurônios operam em padrões rotacionais altamente coordenados que ajudam a manter a atenção. Curiosamente, essas rotações só ocorrem quando ocorre interferência (independentemente do tipo de interferência) e não ocorrem por si só.
…reflete a rotação física do cérebro
A codificação subespacial é simplesmente uma representação matemática abstrata da atividade neural que muda ao longo do tempo. Mas quando os investigadores analisaram medições físicas diretas da atividade neural, descobriram que na verdade refletiam ondas viajantes reais que giravam através do córtex. Múltiplas medições revelaram que a atividade do pico neural tem uma ordenação espacial de mudanças de ângulos consistentes com ondas de atividade que passam pelos eletrodos corticais. Na verdade, a onda real gira na mesma velocidade que a onda representada matematicamente na codificação do subespaço.
“Em princípio, não há razão para que a rotação neste subespaço matemático corresponda diretamente à rotação da superfície cortical”, disse Miller. “Mas é. Isso me sugere que o cérebro está usando essas ondas viajantes para realmente realizar cálculos, cálculos analógicos. Os cálculos analógicos são mais eficientes em termos de energia do que os cálculos digitais, e a biologia favorece soluções energeticamente eficientes. É uma maneira diferente e mais natural de pensar sobre os cálculos neurais. “
Além de Miller e Batabyal, outros autores do artigo incluem Scott Brincat, Jacob Donoghue, Mikael Lundqvist e Meredith Mahnke.
O financiamento para a pesquisa veio do Office of Naval Research, do Simons Center for the Social Brain, da Liberty Common Foundation e do Picower Institute for Learning and Memory.
