Uma das ideias mais duradouras da neurociência moderna sustenta que o cérebro é dividido em áreas relativamente bem definidas, cada uma responsável por funções específicas. O córtex motor planeja movimentos; o córtex somatossensorial processa informações do corpo; regiões distintas cooperam, mas mantêm identidades funcionais próprias. Agora, um estudo publicado nesta sexta-feira (12), na revista científica eLife, sugere que essa visão pode ser apenas parte da história.

Pesquisadores da University of Chicago mapearam a atividade de mais de 39 mil neurônios individuais em camundongos durante uma tarefa complexa de alcance e apreensão de objetos. O trabalho revelou que, embora existam fronteiras anatômicas claras entre regiões cerebrais, populações de neurônios com funções semelhantes atravessam essas divisões e formam redes sobrepostas distribuídas pelo córtex sensório-motor.

A pesquisa foi liderada por Sohrab Salimian, Harrison A. Grier e Matthew T. Kaufman. Os autores descrevem o resultado como a construção de um novo “atlas funcional” do cérebro em ação, baseado não apenas na anatomia, mas nos padrões reais de atividade neuronal durante o comportamento.

Para realizar o experimento, os cientistas treinaram seis camundongos a executar uma tarefa altamente exigente: alcançar e agarrar gotas de água posicionadas em uma grade de 15 alvos diferentes ao redor do focinho. Enquanto os animais realizavam os movimentos, a equipe registrava a atividade neural utilizando microscopia de dois fótons, uma técnica capaz de observar neurônios individuais em funcionamento. Ao todo, foram analisados 39.398 neurônios distribuídos em cinco regiões do córtex sensório-motor.

O desempenho dos animais foi impressionante. Os camundongos conseguiram alcançar corretamente o alvo em 97,1% das tentativas, gerando mais de 39 mil movimentos bem-sucedidos para análise.

Os pesquisadores descobriram que diferentes áreas do cérebro exibiam padrões característicos de atividade. Regiões motoras apresentavam respostas mais precisas e fortemente relacionadas à posição do alvo. Já áreas sensoriais mostravam padrões mais heterogêneos e complexos. Em muitos casos, as propriedades dos neurônios mudavam abruptamente ao cruzar fronteiras anatômicas conhecidas, sugerindo que essas divisões continuam tendo relevância funcional.

Mas a descoberta mais surpreendente surgiu quando a equipe analisou a diversidade interna dessas regiões.

Utilizando técnicas avançadas de redução de dimensionalidade e modelagem estatística, os cientistas identificaram quatro grandes subpopulações de neurônios. Em vez de permanecerem confinadas a uma única área cerebral, essas populações se espalhavam por múltiplas regiões do córtex.

Uma delas estava concentrada na região motora secundária e apresentava respostas altamente seletivas e persistentes. Outra se estendia por áreas motoras relacionadas ao controle do membro anterior. Uma terceira ocupava regiões motoras e sensoriais ligadas aos movimentos do antebraço e da face. A quarta abrangia áreas associadas ao tronco e aos membros posteriores.

Essas populações não formavam blocos separados. Pelo contrário: os neurônios pertencentes a diferentes grupos apareciam misturados entre si, em uma organização que os autores descrevem como “salt-and-pepper”, ou “sal e pimenta”. Em outras palavras, neurônios funcionalmente distintos convivem lado a lado no tecido cerebral.

Segundo Kaufman e colegas, esse padrão sugere que a organização funcional do cérebro é muito mais complexa do que uma simples divisão em territórios anatômicos. Em vez disso, diferentes circuitos podem coexistir na mesma região e participar simultaneamente do controle motor.

O estudo também identificou algo particularmente intrigante: as fronteiras mais marcantes nem sempre correspondiam às divisões clássicas entre áreas cerebrais. Em vários casos, as mudanças mais abruptas nos padrões neurais estavam associadas a representações corporais — como diferenças entre regiões ligadas ao antebraço, à face ou às patas traseiras — e não necessariamente às fronteiras anatômicas tradicionais.

Os resultados ajudam a resolver um debate antigo na neurociência. Estudos anteriores haviam mostrado que sinais relacionados ao movimento aparecem distribuídos por grandes porções do córtex, mas permanecia incerto como essa atividade estava organizada em nível celular. A nova pesquisa demonstra que existe ordem nessa aparente dispersão: ela emerge por meio de populações funcionais sobrepostas que atravessam diferentes áreas cerebrais.

Os autores destacam que o trabalho investigou não apenas “o que” os neurônios codificam, mas “como” essa informação é representada. Características como duração da resposta, persistência temporal, precisão do ajuste ao alvo e linearidade da codificação mostraram-se fundamentais para distinguir os diferentes grupos neurais.

As implicações podem ser profundas. Compreender a arquitetura funcional do córtex sensório-motor é essencial para o desenvolvimento de interfaces cérebro-máquina, próteses neurais e terapias de reabilitação após acidentes vasculares cerebrais ou lesões medulares. Se diferentes circuitos funcionais atravessam múltiplas regiões cerebrais, estratégias futuras poderão precisar considerar redes distribuídas em vez de focar apenas em áreas isoladas.

O trabalho também abre novas questões sobre a origem dessas populações neurais. Uma hipótese é que cada subpopulação represente um circuito funcional distribuído por várias áreas. Outra possibilidade é que a atividade seja gerada em uma região específica e depois transmitida para outras áreas por meio das extensas conexões do córtex sensório-motor. Os próprios autores afirmam que distinguir essas possibilidades exigirá novos experimentos envolvendo conectividade neuronal e registros em camadas cerebrais mais profundas.

Ao final, a principal contribuição do estudo talvez seja conceitual. O cérebro continua possuindo áreas especializadas, mas essas áreas parecem ser atravessadas por redes funcionais que ignoram parte das fronteiras anatômicas tradicionais. O movimento, uma das capacidades mais sofisticadas dos mamíferos, emerge não de regiões isoladas, mas de um mosaico dinâmico de populações neurais interligadas.

Trata-se de uma visão que transforma a maneira como os cientistas enxergam a organização cortical: menos como um mapa político de territórios rigidamente delimitados e mais como uma complexa ecologia de circuitos sobrepostos que cooperam para transformar intenção em ação.