Quando estamos em um sono profundo, a atividade do nosso cérebro flui e flui em ondas grandes e óbvias, como assistir a uma maré de corpos humanos se erguerem e se sentarem ao redor de um estádio de esportes. É difícil errar.
Novas pesquisas com macacos mostram que esses mesmos ciclos existem na esteira como no sono, mas com apenas pequenas seções sentadas e em pé ao mesmo tempo em vez de todo o estádio. É como se minúsculas porções do cérebro estivessem adormecendo independentemente e voltando a acordar o tempo todo.
Além do mais, parece que quando os neurônios entram em um estado mais ativo ou “ligado”, eles respondem melhor ao mundo. Os neurônios também passam mais tempo no estado on quando prestam atenção a uma tarefa. Esta descoberta sugere que os processos que regulam a atividade cerebral no sono também podem desempenhar um papel na atenção.
"A atenção seletiva é semelhante a tornar as pequenas partes do seu cérebro um pouco mais despertas", diz Tatiana Engel, pós-doutoranda na Universidade de Stanford e co-principal autora da pesquisa, que aparece em Ciência. O ex-aluno de pós-graduação Nicholas Steinmetz foi o outro autor co-principal, que realizou os experimentos de neurofisiologia no laboratório de Tirin Moore, professor de neurobiologia e um dos principais autores.
Pinos e neurônios
Entender esses ciclos recém-descobertos requer conhecer um pouco sobre como o cérebro é organizado. Se você fosse meter um alfinete diretamente no cérebro, todas as células cerebrais que você encontraria responderiam aos mesmos tipos de coisas. Em uma coluna, todos podem estar respondendo a objetos em uma parte específica do campo visual - a parte superior direita, por exemplo.
A equipe usou o que equivale a conjuntos de pinos muito sensíveis que podem registrar a atividade de uma coluna de neurônios no cérebro. No passado, as pessoas sabiam que os neurônios individuais passavam por fases de maior ou menor atividade, mas com essa sonda, viram pela primeira vez que todos os neurônios de uma determinada coluna se ligavam entre disparar muito rapidamente, disparando em um ritmo muito mais lento. taxa, similar aos ciclos coordenados no sono.
"Durante um estado em que todos os neurônios começam a disparar rapidamente", diz Kwabena Boahen, professor de bioengenharia e engenharia elétrica e autor sênior do estudo. “Então, de repente, eles mudam para uma taxa de disparo baixa. Essa troca de ligar e desligar está acontecendo o tempo todo, como se os neurônios estivessem jogando uma moeda para decidir se eles vão estar ligados ou desligados.
Esses ciclos, que ocorrem na ordem de segundos ou frações de segundos, não eram tão visíveis quando acordados porque a onda não se propaga muito além dessa coluna, diferentemente do sono quando a onda se espalha por todo o cérebro e é fácil detectar.
Prestar atenção
A equipe descobriu que os estados de atividade mais altos e mais baixos se relacionam com a capacidade de responder ao mundo. O grupo teve sua sonda em uma região do cérebro em macacos que detecta especificamente uma parte do mundo visual. Os macacos foram treinados para prestar atenção a um sinal indicando que algo em uma parte específica do campo visual - o superior direito, digamos, ou o inferior esquerdo - estava prestes a mudar um pouco. Os macacos receberam um tratamento se identificaram corretamente que viram essa mudança.
Quando a equipe deu uma dica para onde uma mudança poderia ocorrer, os neurônios dentro da coluna que detecta essa parte do mundo começaram a passar mais tempo no estado ativo. Em essência, todos eles continuaram oscilando entre os estados em uníssono, mas passaram mais tempo no estado ativo se estivessem prestando atenção. Se a mudança de estímulo veio quando as células estavam em um estado mais ativo, o macaco também era mais propenso a identificar corretamente a mudança.
“O macaco é muito bom em detectar mudanças de estímulo quando os neurônios nessa coluna estão no estado ligado, mas não no estado desligado”, diz Engel. Mesmo quando o macaco sabia que prestava atenção a uma área em particular, se os neurônios passassem para um estado de atividade mais baixo, o macaco frequentemente perdia a mudança de estímulo.
Engel disse que essa descoberta é algo que pode ser familiar para muitas pessoas. Às vezes você acha que está prestando atenção, ela apontou, mas você ainda sentirá falta das coisas.
Os cientistas disseram que as descobertas também se referem a trabalhos anteriores, que descobriram que animais e humanos mais alertas tendem a ter pupilas mais dilatadas. No presente trabalho, quando as células cerebrais gastavam mais tempo em um estado ativo, as pupilas do macaco também estavam mais dilatadas. Os resultados demonstram uma interação entre oscilações síncronas no cérebro, atenção a uma tarefa e sinais externos de alerta.
"Parece que os mecanismos subjacentes à atenção e excitação são bastante interdependentes", diz Moore.
Isso economiza energia?
Uma pergunta que sai deste trabalho é por que os neurônios se transformam em um estado de atividade mais baixo quando estamos acordados. Por que não ficar no estado mais ativo o tempo todo, no caso de o tigre-dente-de-sabre atacar?
Uma resposta poderia se relacionar com energia. "Há um custo metabólico associado a neurônios disparando o tempo todo", diz Boahen. O cérebro usa muita energia e, talvez, dar às células uma chance de fazer o equivalente energético de sentar permite que o cérebro economize energia.
Além disso, quando os neurônios são muito ativos, eles geram subprodutos celulares que podem danificar as células. Engel apontou que os estados de baixa atividade poderiam dar tempo para eliminar esse resíduo neuronal.
"Este artigo sugere lugares para procurar essas respostas", diz Engel.
Sobre os autores
Coautores adicionais incluem colegas da Universidade de Newcastle. O financiamento veio do NIH, da Stanford NeuroVentures, do HHMI, do MRC e do Wellcome Trust.
Fonte: Universidade de Stanford
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