Como as redes neurais ajudam o cérebro a prever eventos futuros

Em 17 de outubro de 2024, Martina Lamberti defendeu publicamente seu doutorado. tese, “Conheça o passado para ver o futuro: memória e previsão em neurônios corticais in vitro”, na Universidade de Twente. Sua pesquisa esclarece como o cérebro prevê eventos futuros e forma memórias. Essas descobertas podem abrir novas portas na compreensão de condições neurológicas como a demência.

Embora a memória tenha sido extensivamente estudada, sabe-se muito menos sobre como o cérebro utiliza experiências passadas para prever eventos futuros a nível celular. Os cientistas há muito que teorizam que a previsão é uma função cerebral real, mas as evidências experimentais sobre esta função e a sua ligação com a memória têm sido limitadas. Lamberti explorou esses mecanismos celulares envolvidos tanto na memória quanto na predição e na ligação entre os dois processos.

O trabalho de Lamberti demonstra que os neurônios são capazes de prever entradas futuras, mostrando que a previsão é uma função geral das redes neurais. Sua pesquisa destaca como a memória não apenas armazena experiências passadas, mas também ajuda o cérebro a antecipar o que acontece a seguir. Esta descoberta pode ajudar a explicar por que razão os pacientes com doenças neurodegenerativas, como a doença de Alzheimer, lutam tanto com a memória como com a tomada de decisões diárias.

Imitando condições cerebrais

Um dos principais avanços é a criação de um modelo in vitro de redes neurais. Este modelo imita as condições do cérebro, permitindo aos investigadores estudar como os neurónios formam memórias e fazem previsões fora de um corpo vivo. Neste modelo, foi demonstrado que as redes neurais formam memórias de longo prazo e usam informações passadas recentes para prever estímulos futuros.

Lamberti cultivou redes neurais em matrizes de múltiplos eletrodos para registrar a atividade dos neurônios e estimulá-los. Ela usou dois tipos de estimulação: estimulação elétrica focal, ativando um subgrupo específico de neurônios, e estimulação optogenética global. Neste caso, os neurônios foram tratados com um vírus para fazê-los responder à luz.

Essa configuração permitiu-lhe estudar a formação e consolidação da memória e a relação entre previsão e memória de curto e longo prazo. Ela descobriu que, em geral, a previsão depende da memória de curto prazo, mas se a memória de longo prazo for formada, como por estimulação elétrica focal, a dependência da memória de curto prazo diminui. Em contraste, após a estimulação óptica global, quando nenhuma memória de longo prazo é formada, a previsão permanece totalmente dependente da memória de curto prazo.

Avançando a neurociência

Ao desenvolver este sistema, Lamberti forneceu aos cientistas uma ferramenta valiosa para investigar os processos detalhados por trás da formação e previsão da memória. Esta pesquisa é especialmente promissora para explorar como os distúrbios cerebrais afetam essas funções e podem eventualmente levar a melhores tratamentos para condições relacionadas à memória.

As descobertas de Lamberti abrem novos caminhos para a compreensão das habilidades preditivas e dos processos de memória do cérebro. Ao mostrar quão intimamente ligadas a memória e a previsão estão no nível da rede, sua pesquisa ajuda a esclarecer as complexas funções de tomada de decisão do cérebro. Este trabalho não só melhora a nossa compreensão de como interagimos com o mundo que nos rodeia, mas também fornece uma base sólida para futuras pesquisas sobre doenças neurológicas.