As expectativas sensoriais configuram as respostas neurais antes que os distúrbios ocorram, revela o estudo

Um estudo liderado por Jonathan Michaels, professor da Faculdade de Saúde da Escola de Cinesiologia e Ciências da Saúde de York, revela como os cérebros de humanos e macacos usam expectativas sensoriais para se prepararem para distúrbios inesperados, permitindo respostas motoras mais rápidas e precisas.

Publicado hoje em Naturezao estudo demonstra que os circuitos motores do cérebro não esperam passivamente por sinais sensoriais. Em vez disso, antecipam proactivamente potenciais desafios, configurando-se para responder eficazmente às perturbações. A pesquisa representa um avanço significativo na descoberta das capacidades preditivas do cérebro e de seu papel no controle motor.

Este avanço fornece uma imagem mais clara dos mecanismos neurais subjacentes à preparação e resposta do movimento, ilustrando como a própria expectativa aumenta a precisão e a estabilidade. A descoberta abre novos caminhos para melhorar as técnicas de reabilitação e avançar na tecnologia de interface cérebro-computador.

“Quando nos movemos pelo mundo, os nossos cérebros não planeiam apenas as nossas próprias ações – eles também se preparam para surpresas”, diz Michaels. Imagine-se na entrada de um local lotado de música ao vivo. Você verifica sua passagem e planeja a rota mais direta até seu assento.

“Você está planejando para onde está indo, mas coisas também podem acontecer no ambiente”, explica Michaels. “Há pessoas andando por toda parte. Você está constantemente tentando antecipar quem pode esbarrar em você.”

À medida que você entra na multidão movimentada, seu cérebro começa a processar sinais visuais: espectadores entusiasmados, copos vazios espalhados e outros obstáculos no seu caminho. Sem esforço consciente, o seu cérebro antecipa potenciais perturbações e prepara-se para responder. Quando uma pessoa se aproxima de você, seu cérebro ajusta rapidamente sua atividade muscular para mantê-lo no caminho certo. Esta capacidade perfeita de prever e adaptar-se a desafios inesperados reflete as descobertas da pesquisa recente de Michaels.

Prevendo o imprevisível: dentro do sistema de resposta do cérebro

A equipe de pesquisadores da Western University conduziu experimentos usando um exoesqueleto robótico que aplicou perturbações mecânicas nos braços dos participantes. Ao fornecer pistas visuais sobre a probabilidade de perturbações, os investigadores observaram que tanto os humanos como os macacos ajustavam os seus movimentos com base nessas probabilidades. Quando a perturbação correspondeu à previsão do cérebro, os músculos dos participantes responderam de forma mais eficiente, demonstrando a capacidade do cérebro de usar as expectativas sensoriais para otimizar o controle motor.

Para descobrir os mecanismos neurais por detrás deste fenómeno, a equipa registou a atividade de milhares de neurónios em macacos que executavam as tarefas. Os dados revelaram que os circuitos motores representam expectativas sensoriais como padrões simples de atividade neural, refletindo diretamente a probabilidade de cada evento possível. Estas descobertas foram posteriormente validadas através de modelos computacionais do braço, que desenvolveram estratégias preditivas semelhantes quando treinados em condições comparáveis.

Conduzida enquanto Michaels era Banting Fellow no laboratório de Andrew Pruszynski, presidente de pesquisa do Canadá em neurociência sensório-motora e professor da Escola de Medicina e Odontologia Schulich, a pesquisa se beneficiou da tecnologia de ponta Neuropixels, que permitiu o registro simultâneo de centenas de neurônios, fornecendo insights sem precedentes sobre os circuitos motores do cérebro.

O estudo foi fortalecido pela colaboração com os principais especialistas da Western, incluindo os outros membros do Superlab Sensorimotor da Western, Jörn Diedrichsen, presidente de pesquisa da Western para controle motor e neurociência computacional, e o professor de psicologia Paul Gribble.

As implicações desta pesquisa são de longo alcance. Ao compreender como o cérebro utiliza as expectativas sensoriais para se preparar para distúrbios, os cientistas podem desenvolver abordagens inovadoras para a reabilitação de acidentes vasculares cerebrais e lesões, ajudando os pacientes a recuperar a função motora de forma mais eficaz. As descobertas também podem informar o desenvolvimento de interfaces cérebro-computador, como as atualmente pioneiras da Neuralink, Paradromics, Synchron e outras, baseadas em décadas de pesquisas em neurociência.

“Este estudo, que exigiu anos de esforço, destaca o quanto ainda temos que aprender sobre como o cérebro funciona – e sublinha a importância da investigação básica para fazer tais descobertas”, diz Michaels.