Depois das distrações, a rotação das ondas cerebrais pode ajudar o pensamento a voltar à tarefa

Tão certo quanto o cérebro é propenso à distração, ele também pode retornar o foco à tarefa em questão. Um novo estudo em animais realizado por cientistas do Instituto Picower de Aprendizagem e Memória do MIT mostra como isso parece acontecer: a atividade neural coordenada na forma de uma onda cerebral rotativa coloca o pensamento de volta nos trilhos.

“As ondas rotativas agem como pastores que conduzem o córtex de volta ao caminho computacional correto”, disse o autor sênior do estudo, Earl K. Miller, professor Picower no Instituto Picower e no Departamento de Cérebro e Ciências Cognitivas do MIT.

O pós-doutorado do Instituto Picower, Tamal Batabyal, é o principal autor do estudo publicado no Jornal de Neurociência Cognitiva.

‘Rotações’ matemáticas…

No estudo, os animais receberam uma tarefa de memória operacional visual, mas às vezes eles experimentavam um de dois tipos diferentes de distrações enquanto tentavam se lembrar de um objeto que viram. Como seria de esperar, as distrações afectaram o desempenho dos animais na tarefa – por vezes levando-os a cometer erros ou pelo menos abrandando o seu tempo de reacção quando a tarefa os exigia a agir. Enquanto isso, os pesquisadores acompanharam a atividade elétrica de uma amostra de centenas de neurônios no córtex pré-frontal, uma região do cérebro responsável pela cognição de nível superior.

Para analisar como a atividade neural variou à medida que os animais realizavam a tarefa ao longo de centenas de sessões – com ou sem qualquer uma das distrações e nos casos em que os animais tiveram um desempenho bom ou não tão bom – os pesquisadores empregaram uma medida matemática e uma visualização que mede seu grau de coordenação ao longo do tempo, chamada “codificação subespacial”. A codificação subespacial mostra que a atividade dos neurônios corticais é altamente coordenada.

“Como estorninhos murmurando no céu”, disse Miller.

Após a distração, houve um movimento giratório no subespaço, como se os “pássaros” voltassem a circular juntos após uma interrupção em sua formação. Em outras palavras, disse Miller, circular parecia representar a recuperação do estado de atividade da distração.

Na verdade, as rotações previram o desempenho do animal na tarefa. Nos casos em que a distração não causou erro, os dados neurais mostraram um círculo completo, indicando que a recuperação foi completa. Nos casos em que as distrações causaram erros nos animais, a trajetória não conseguiu completar um círculo (em média 30 graus). A trajetória durante sessões errôneas apresentou velocidade mais lenta, o que poderia explicar a falta de recuperação da distração.

Uma descoberta relacionada foi que os animais se recuperavam melhor se o tempo entre a distração e a necessidade de agir fosse maior. O cérebro precisava desse tempo, mostraram os dados, para completar o círculo matematicamente e voltar ao caminho comportamental.

Os dados de codificação do subespaço sugeriram que os neurônios trabalham de forma altamente coordenada e que essa organização rotacional ajuda a manter o foco. Notavelmente, as rotações só ocorriam se houvesse uma distração (ambos os estilos as acionavam) que os animais tentavam ignorar. As rotações não ocorreram espontaneamente.

…Reflete rotações físicas

A codificação subespacial é apenas uma representação matemática abstrata da atividade neural ao longo do tempo. Mas quando os investigadores analisaram as medições físicas diretas da atividade neural, descobriram que na verdade refletiam uma onda real e itinerante que girava através do córtex.

Múltiplas medições mostraram que a atividade neural tinha uma ordem espacial com ângulos em constante mudança, consistente com uma onda de atividade girando através do eletrodo cortical. Na verdade, a onda real girava com a mesma velocidade que aquela representada matematicamente na codificação subespacial.

“Em princípio, não há razão para que uma rotação neste subespaço matemático corresponda diretamente a uma rotação na superfície do córtex”, disse Miller.

“Mas acontece. Isso me sugere que o cérebro está usando essas ondas viajantes para realmente fazer computação, computação analógica. A computação analógica é muito mais eficiente em termos energéticos do que a digital e a biologia favorece soluções energeticamente eficientes. É uma maneira diferente e mais natural de pensar sobre a computação neural.”

Além de Miller e Batabyal, os outros autores do artigo são Scott Brincat, Jacob Donoghue, Mikael Lundqvist e Meredith Mahnke.