Tecnologia Científica

Estudo mostra como nosso cérebro permanece ativo durante tarefas familiares e repetitivas
Estudo revela como o cérebro pode acessar de maneira confiável as informações armazenadas, apesar das mudanças drásticas nos sinais cerebrais que as representam.
Por University of Cambridge - 14/07/2020

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Novas pesquisas, baseadas em resultados anteriores em ratos, sugerem que nosso cérebro nunca está em repouso, mesmo quando não estamos aprendendo nada sobre o mundo ao nosso redor.

Nossos cérebros são frequentemente comparados a computadores, com habilidades e memórias aprendidas armazenadas nos padrões de atividade de bilhões de células nervosas . No entanto, novas pesquisas mostram que as memórias de eventos e experiências específicas podem nunca se acalmar. Em vez disso, os padrões de atividade que armazenam informações podem mudar continuamente, mesmo quando não estamos aprendendo nada de novo.

Por que isso não faz o cérebro esquecer o que aprendeu? O estudo, da Universidade de Cambridge, Harvard Medical School e Stanford University, revela como o cérebro pode acessar de maneira confiável as informações armazenadas, apesar das mudanças drásticas nos sinais cerebrais que as representam.

A pesquisa, liderada pelo Dr. Timothy O'Leary, do Departamento de Engenharia de Cambridge, mostra que diferentes partes do nosso cérebro podem precisar reaprender e acompanhar as informações em outras partes do cérebro, à medida que ele se move. Seu estudo, publicado na revista eLife de acesso aberto , fornece algumas das primeiras evidências de que mudanças constantes na atividade neural são compatíveis com memórias de longo prazo das habilidades aprendidas.

"O trabalho sugere que nossos cérebros nunca estão em repouso, mesmo quando não estamos aprendendo nada sobre o mundo externo. Isso tem implicações importantes para nossa compreensão do cérebro e para interfaces cérebro-máquina e próteses neurais".


Os pesquisadores chegaram a essa conclusão por meio da modelagem e análise dos dados obtidos de um experimento no qual os ratos foram treinados para associar uma sugestão visual no início de um labirinto de realidade virtual de 4,5 metros de comprimento com virar à esquerda ou à direita em uma junção em T, antes de navegar para uma recompensa. Os resultados do estudo de 2017 mostraram que células nervosas isoladas no cérebro alteravam continuamente as informações que eles codificavam sobre essa tarefa aprendida, mesmo que o comportamento dos ratos permanecesse estável ao longo do tempo.

Os dados experimentais consistiram em padrões de atividade de centenas de células nervosas gravadas simultaneamente em uma parte do cérebro que controla e planeja o movimento, gravadas em uma resolução que ainda não é possível em humanos.

"Encontrar padrões coerentes nesse grande conjunto de células é desafiador, como tentar determinar o comportamento de um enxame de insetos assistindo uma amostra aleatória de indivíduos", disse O'Leary. "No entanto, em alguns aspectos, o próprio cérebro precisa resolver uma tarefa semelhante, porque outras áreas do cérebro precisam extrair e processar informações dessa mesma população".
 
As células nervosas se conectam a centenas ou até milhares de vizinhos e extraem informações ponderando e agrupando-as. Isso tem uma analogia direta com os métodos usados ​​pelos pesquisadores no período que antecede a eleição: os resultados da pesquisa de várias fontes são coletados e 'ponderados' de acordo com sua consistência. Dessa maneira, um padrão estável pode emergir mesmo quando as medições individuais variam muito.

O grupo de Cambridge usou esse princípio para construir um algoritmo de decodificação que extraía padrões consistentes e ocultos na atividade complexa de centenas de células. Eles encontraram duas coisas. Primeiro, que havia de fato um padrão oculto consistente que poderia prever com precisão o comportamento do animal. Segundo, esse próprio padrão consistente muda gradualmente ao longo do tempo, mas não tão drasticamente que o algoritmo de decodificação não possa acompanhar. Isso sugere que o cérebro modifica continuamente o código interno que transmite informações entre diferentes circuitos internos.

A ficção científica explora a possibilidade de transferir nossas memórias e experiências em dispositivos de hardware diretamente de nossos cérebros. Se a tecnologia futura nos permitir carregar e baixar nossos pensamentos e memórias, podemos descobrir que nosso cérebro não pode interpretar seus próprios padrões de atividade se eles forem repetidos muitos anos depois. O conceito de uma maçã - sua cor, sabor, sabor e as memórias associadas a ela - podem permanecer consistentes, mas os padrões de atividade que evocam no cérebro podem mudar completamente ao longo do tempo.

Esse enigma provavelmente permanecerá especulativo para o futuro imediato, mas a tecnologia experimental que atinge uma versão limitada dessa leitura da mente já é uma realidade, como mostra este estudo. As interfaces cérebro-máquina são uma tecnologia que amadurece rapidamente e as interfaces neurais humanas que podem controlar próteses e hardware externo estão em uso clínico há mais de uma década. O trabalho do grupo de Cambridge destaca um grande desafio em aberto na extração de informações confiáveis ​​do cérebro.

"Embora agora possamos monitorar a atividade cerebral e relacioná-la diretamente com memórias e experiências, os próprios padrões de atividade mudam continuamente por um período de vários dias", disse O'Leary, professor de engenharia da informação e neurociência médica. "Nosso estudo mostra que, apesar dessa mudança, podemos construir e manter um 'dicionário' relativamente estável para ler o que um animal está pensando enquanto navega em um ambiente familiar.

"O trabalho sugere que nossos cérebros nunca estão em repouso, mesmo quando não estamos aprendendo nada sobre o mundo externo. Isso tem implicações importantes para nossa compreensão do cérebro e para interfaces cérebro-máquina e próteses neurais".

 

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