Novos estudos desafiam a teoria predominante na neurociência

Se você é mostrado quatro imagens em rápida sucessão e precisar lembrar a ordem dessas imagens para reconhecê -las depois – como o cérebro mantém a ordem na memória? Uma resposta plausível seria que os neurônios no cérebro disparam um após o outro, assim como as imagens foram vistas. Essa também tem sido uma teoria predominante na neurociência.

Uma equipe de pesquisa liderada pelo Prof. Florian Mormann, do Departamento de Epileptologia do UKB, que também é membro da área de pesquisa transdisciplinar (TRA) “Life & Health” na Universidade de Bonn, investigou essa teoria usando uma característica especial do tratamento de epilepsia no UKB.

Pessoas com epilepsia resistente a drogas são implantadas com eletrodos no cérebro como parte de seu tratamento. O objetivo é determinar com precisão a origem das crises epilépticas para obter melhores resultados cirúrgicos. Esses eletrodos também podem permitir o registro da atividade de células individuais no cérebro humano.

“Temos a sorte de poder usar um conjunto de dados excepcionalmente raro de gravações de células únicas. Uma medição tão precisa não é o caso em outros experimentos. É por isso que não foi possível testar a teoria de antemão”, diz o Prof. Mormann, chefe do Laboratório Cognitivo e Clínico da Neurofisiologia e o último autor do estudo publicado em Neurociência da natureza.

No estudo, os participantes com epilepsia resolveram uma tarefa de memória enquanto sua atividade de neurônios foi medida. Durante a gravação, eles foram convidados a se lembrar e depois reconhecer a sequência de imagens mostradas a eles em uma tela

Resultados analisados ​​posteriormente usando métodos de IA

Ao contrário das suposições anteriores, a sequência precisa das respostas neuronais não corresponde à sequência de eventos. “Inicialmente, ficamos surpresos com as descobertas, pois nossos dados contradiziam uma teoria de longa data e bem estabelecida sobre como o cérebro se lembra de uma sequência de eventos”, relata Stefanie Liebe, primeiro autor do estudo e ex-assistente de pesquisa do Prof. Mormann. Ela agora trabalha como cientista e residente médico no Departamento de Neurologia, com foco em epileptologia no Hospital Universitário de Tübingen.

Para investigar essas perguntas, eles colaboraram com os amigos de Matthijs e Jakob MacKe do cluster de excelência “Aprendizado de máquina: novas perspectivas para a ciência” na Universidade de Tübingen. Usando métodos de inteligência artificial (AI), eles treinaram uma rede neural para executar as mesmas tarefas de memória que os participantes humanos. “Curiosamente, para dominar com sucesso a tarefa, o modelo de computador mostrou padrões de atividade semelhantes à atividade cerebral que registramos”, explica o Dr. Liebe.

Através da simulação do modelo, os pesquisadores também descobriram um mecanismo alternativo para lembrar sequências, que surgem de uma interação temporal-dinâmica de apresentações de imagem, oscilações cerebrais e sinais de células individuais.

“O modelo computacional nos permitiu gerar e testar hipóteses adicionais. Agora temos um novo entendimento de como as memórias são organizadas no cérebro”, diz o Prof. MacKe. “Nosso estudo também demonstra o enorme potencial de combinar gravações neuronais e IA para investigar funções cerebrais complexas em humanos”.