Como nossos cérebros imaginam realidades alternativas

Como nossos cérebros imaginam realidades alternativas

Você está no caminho do trabalho, quando sua mente avança para a palestra que está programada para dar à tarde. Você ensina a sua conversa a si mesmo enquanto se aproxima do escritório, preparando-se para as perguntas que seus colegas possam fazer. Mais tarde, ao selecionar sua caixa de entrada de e-mail, você medita suas opções de almoço enquanto navega sem parar.

Estes são apenas alguns exemplos de como todas as ações que realizamos no mundo real também traz consigo a ação alternativa oculta que apenas imaginávamos tomar. Um esforço considerável de pesquisa foi investido na compreensão de como e por que nossa tomada de decisão ativa, mas novas linhas de evidência nos dizem que o tempo que gastamos em realidades alternativas também serve a um importante objetivo neurológico.

Muitas partes do cérebro trabalham juntas para construir nossos mapas mentais, mas os principais atores da navegação espacial são os hipocampo, a sede da memória no cérebro e o córtex entorrinal, que fica adjacente ao hipocampo e retransmite as informações geradas para áreas de processamento mais altas.

Desde 1948, foi proposto que os roedores se baseavam em diversas sugestões ambientais para gerar mapas para recompensas em tarefas de aprendizado de labirinto. No entanto, a natureza deste mapa e as células que o geraram permaneceram um mistério. Trinta anos depois, os pesquisadores observaram que células específicas do hipocampo em ratos disparam com mais frequência quando entram em locais específicos. Notavelmente, os padrões de disparo dessas redes de células são estáveis ​​ao longo do tempo, mesmo na ausência de pistas que estavam presentes após sua ativação inicial. A descoberta dessas “células do lugar”, nomeadas descritivamente, abriu o caminho para um interrogatório mais preciso das bases neurobiológicas da busca de caminhos.

Quando as células do local foram descobertas, sua função proposta era criar um mapa topográfico individual de um determinado espaço. No caminho do mundo físico para o cérebro, a maioria de nossas representações sensoriais exibe o que é conhecido como organização topográfica. Imagine entrar no seu carro e partir para peças desconhecidas. Você pode contar com a navegação por satélite, GPS ou um mapa em papel para guiá-lo ao seu destino. Assim como cada ponto no seu mapa corresponde a um ponto de referência específico em sua jornada, as células se ancoram a pontos de referência específicos no ambiente para orientá-lo no espaço.

Nossa topografia espacial interna é mais sofisticada, com células do hipocampo codificando representações de estímulos, sugestões ou recompensas específicas no contexto de como o animal se comporta dentro desses espaços. Por exemplo, imagine chegar ao aeroporto em um país desconhecido. Você pode ter um conhecimento geral do conceito de aeroporto, além de marcos visuais familiares, que o ancoram nesse novo espaço. Algumas dessas informações são biográficas, aproveitando suas memórias únicas de outros aeroportos.

Dependendo se essas experiências foram positivas ou negativas, o significado emocional desses espaços também contribuirá para o seu mapa pessoal, e todos esses fatores se combinam para criar a experiência do espaço muito mais rica do que uma simples montagem de pontos de referência.


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“Coloque células ancoram-se em pontos específicos do ambiente para orientá-lo no espaço.”

Estudos mais recentes em primatas revelaram que as células do hipocampo operam de maneira ligeiramente diferente no cérebro de primatas do que no cérebro de roedores, disparando em resposta a uma variedade de estímulos diferentes que não são estritamente ligados à localização. O trabalho em andamento em camundongos, primatas e humanos estabeleceu também que o hipocampo não é um ator solitário. Entre no córtex entorrinal, que transmite informações sensoriais ao hipocampo e atua como uma ponte para o neocórtex, onde são emitidos muitos dos nossos comandos cognitivos e motores mais sofisticados.

Pesquisadores descreveram recentemente um rede de células dentro do córtex entorrinal chamada “células da grade”, que codifica seu próprio movimento em relação ao seu ambiente, adicionando uma peça crítica ao quebra-cabeça da célula local quando se trata de estratégias de navegação mais amplas. As redes de grade podem traçar com mais precisão a direção e as distâncias entre os objetos em um espaço, com base em sugestões de movimento interno, em vez de informações sensoriais do próprio espaço. Esses sistemas trabalham juntos para representar espaços dinamicamente de maneiras que podem ser modificadas pela experiência, incorporando novas informações de maneira flexível, mas também permitindo que esses espaços se tornem familiares ao longo do tempo.

Mas uma vez que tenhamos em mente a representação de um espaço, como decidimos como interagir com ele? Isso requer tomada ativa de decisão, e o combustível para a decisão é a recompensa. É aqui que os atributos não espaciais dos neurônios que compõem nossos sistemas de navegação se tornam especialmente importantes. Pesquisadores descobriram em estudos com roedores que o valor da recompensa percebida ou o significado de certos objetos em um ambiente podem mudar os padrões de disparo das células mais fortemente em sua direção. Um valor de recompensa previsto mais alto associado a um determinado turno ou local em um labirinto, portanto, prever movimento nessa direção. E os caminhos não escolhidos?

Recentemente, uma equipe de pesquisadores da UCSF mediram o disparo de células no local do hipocampo em ratos ao concluir tarefas de navegação espacial. Os ratos foram colocados em um labirinto e sua atividade neural foi fotografada em tempo real, conforme eles escolheram os caminhos que divergiam em um ponto de escolha. Dessa forma, os pesquisadores foram capazes de atribuir padrões únicos de disparo de células no local que correspondiam a cada braço do labirinto depois que o rato fez uma escolha e começou a viajar ao longo dele.

Surpreendentemente, quando o rato se aproximou do ponto de escolha, cada um dos conjuntos de células que representavam um dos braços do labirinto disparou rapidamente em alternância, rolando os dados em qualquer futuro possível antes que a escolha fosse feita. O que isso significa é que não apenas o caminho pelo qual o animal finalmente viaja em tempo real, mas o possível caminho alternativo, são representados igualmente no espaço neural, fornecendo uma explicação mecanicista para representações mentais do futuro.

"O caminho alternativo possível, são representados igualmente no espaço neural, fornecendo uma explicação mecanicista para representações mentais do futuro."

Em roedores, os estudos de navegação são realizados em conjuntos simples de mesa que não conseguem capturar a complexidade de um ambiente do mundo real. A realidade virtual tornou-se cada vez mais popular como entretenimento pessoal, mas também oferece aos pesquisadores níveis sem precedentes de variedade e controle na pesquisa de navegação espacial. Um grupo no Reino Unido usou um jogo para celular chamado Sea Hero Quest para capturar um dos maiores conjuntos de dados sobre raciocínio espacial entre as faixas etárias registradas.

Dados do jogo indica que o raciocínio espacial pode começar a diminuir quando temos 19 anos, e as opções de rota dos jogadores diferem dependendo se eles carregam a variante e4 do gene APOE, que há muito tempo é usada como marcador de diagnóstico clínico para a doença de Alzheimer. Novas estratégias como essas, que transformam jogos móveis simples em ferramentas de coleta de dados clínicos, podem ampliar bastante nossa compreensão de como as doenças neurodegenerativas progridem e acelerar o desenvolvimento de um diagnóstico precoce altamente personalizado.

Muito do nosso entendimento de como pensamos sobre o futuro surgiu do estudo de pacientes que não conseguem mais se lembrar do passado. Desde os primórdios da neurociência, quando os estudos sobre lesões eram frequentemente as ferramentas mais informativas à nossa disposição para aprender sobre a função de diferentes partes do cérebro, entendemos que o o hipocampo é necessário para recuperar a memória.

Os danos no hipocampo estão associados à amnésia, bem como ao comprometimento do raciocínio espacial. Mas vários estudos de referência mostraram que a lesão no hipocampo também interfere na capacidade de imaginar eventos hipotéticos. Consistentemente, os pacientes com amnésia não apenas têm dificuldade em recuperar informações biográficas recentes, mas quando solicitados, podem oferecer apenas declarações gerais sobre eventos futuros em suas vidas.

A perda de memória é comum à medida que envelhecemos, mas, como muitos estudos demonstram, nossa capacidade de navegar no espaço também diminui à medida que envelhecemos. Esses déficits aparecem em idades mais precoces do que outras medidas gerais de comprometimento cognitivo, sugerindo que algumas das funções do sistema de navegação são únicas e operam independentemente de outros tipos de processamento de memória e informação no hipocampo.

As estruturas mais vulneráveis ​​do cérebro envelhecido são aquelas que codificam o movimento, como o córtex entorrinal. O disparo de células no local hipocampal também se torna irregular em ratos mais velhos. Significativamente, as estruturas responsáveis ​​por nos orientar no espaço também são as mais vulneráveis ​​à patologia da doença de Alzheimer, apontando o comprometimento da navegação como um potencial critério diagnóstico precoce para essa e outras condições neurodegenerativas, como a doença de Parkinson.

Nossa vida diária é cheia de decisões, conscientes e inconscientes. Mas, como um crescente corpo de evidências revela, nossos cérebros são capazes de viajar tanto pelos caminhos que escolhemos quanto pelos que precedemos.

À medida que continuamos a aprender sobre as intrincadas relações entre navegação espacial, memória e neurodegeneração, podemos descobrir que o tempo que gastamos contemplando o que poderia ter sido é tão importante quanto o tempo que planejamos ativamente. E embora o declínio da função cognitiva seja aceito como parte normal do envelhecimento, manter essas funções envolvidas em exercícios mentais simples, como quebra-cabeças, jogos de palavras ou leitura, pode ajudar a preservar essas vias neurais. Da mesma forma, podemos exercitar nossos sistemas de navegação traçando cursos ao longo dos caminhos que ainda temos que seguir. Portanto, na próxima vez em que você se esforçar para voltar à mente à tarefa em questão, experimente deixá-la vagar um pouco mais.

Este artigo foi publicado originalmente em Conhecendo Neurônios

Referências:

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Eichenbaum, H., Dudchenko, P., Wood, E., Shapiro, M. e Tanila, H. (1999). As células do hipocampo, memória e local. NeurônioA unidade funcional do sistema nervoso, uma célula nervosa que ... 23(2), 209-226.

Giocomo, LM (2015). Representação espacial: mapas de espaço fragmentado. Biologia Atual, 25(9), R362-R363.

Os dados foram coletados por meio de questionários, entrevistas e entrevistas com os participantes. Ciclo constante de sub-segundo entre representações de possíveis futuros no hipocampo. Célula, 180(3), 552-567.

Lester, AW, Moffat, SD, Wiener, JM, Barnes, CA, & Wolbers, T. (2017). O sistema de navegação de envelhecimento. Neurônio 95(5), 1019-1035.

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