Estudo de ressonância magnética desafia nosso conhecimento de como o cérebro humano funciona – Physics World

Como funciona o cérebro humano? Depende de quem você perguntar.

Na escola, você provavelmente aprendeu que nossos cérebros contêm bilhões de neurônios que processam informações e nos ajudam a formar pensamentos, emoções e movimentos. Pergunte aos especialistas em imagem e você aprenderá como podemos ver o cérebro de diferentes maneiras usando uma variedade de técnicas de imagem e sobre o que podemos aprender com cada imagem. Os neurocientistas também falarão sobre as interações entre neurônios e substâncias químicas relacionadas, como a dopamina e a serotonina.

Se você perguntar a um subgrupo de neurocientistas que se concentram em estruturas matemáticas sobre como a forma do cérebro influencia sua atividade – uma área da neurociência matemática chamada teoria do campo neural – você começará a entender a relação entre forma, estrutura e função do cérebro de outra maneira. .

A teoria do campo neural se baseia em nossa compreensão convencional de como o cérebro funciona. Ele usa a forma física do cérebro – o tamanho, comprimento e curvatura do córtex e a forma tridimensional do subcórtex – como um andaime sobre o qual a atividade cerebral acontece ao longo do tempo e do espaço. Os cientistas então modelam a atividade elétrica macroscópica do cérebro usando a geometria do cérebro para impor restrições. A atividade elétrica ao longo do córtex, por exemplo, pode ser modelada como uma superposição de ondas viajantes que se propagam através de uma folha de tecido neural.

“A ideia de que a geometria do cérebro pode influenciar ou restringir qualquer atividade que ocorra dentro dele não é uma questão convencional da neurociência, certo? É uma questão muito esotérica... Houve décadas de trabalho tentando mapear a intrincada fiação do cérebro, e pensamos que toda a atividade que sai do cérebro é impulsionada por essa intrincada fiação”, diz James Pang, pesquisador da Monash University's Instituto Turner para Cérebro e Saúde Mental.

Em um estudo publicado no Natureza, Pang e seus colegas desafiaram esse entendimento predominante, identificando uma forte relação entre a forma do cérebro e a atividade de ressonância magnética funcional (fMRI).

Os pesquisadores estavam estudando ressonâncias naturais chamadas eigenmodes, que ocorrem quando diferentes partes de um sistema vibram na mesma frequência, como as excitações que ocorrem no cérebro durante uma varredura fMRI evocada por tarefa. Quando eles aplicaram modelos matemáticos da teoria do campo neural a mais de 10,000 mapas de atividade e dados fMRI do Projeto Connectome Humano, os pesquisadores descobriram que a atividade cortical e subcortical resulta da excitação de modos próprios do cérebro com comprimentos de onda espaciais longos de até 6 cm. Esse resultado contrasta com a crença dominante de que a atividade cerebral é localizada.

“Há muito tempo pensamos que pensamentos ou sensações específicas provocam atividade em partes específicas do cérebro, mas este estudo revela que padrões estruturados de atividade são estimulados em quase todo o cérebro, assim como uma nota musical surge de vibrações que ocorrem ao longo do cérebro. toda a extensão de uma corda de violino, e não apenas um segmento isolado”, diz Pang em comunicado à imprensa.

O aprendizado de máquina fornece informações sobre o cérebro humano

Pang e seus colegas também compararam como os automodos geométricos, obtidos a partir de modelos da forma do cérebro, se comportaram em relação aos automodos do conectoma, obtidos a partir de modelos de conectividade cerebral. Eles descobriram que os modos próprios geométricos impunham limites maiores à atividade cerebral do que os modos próprios do conectoma, sugerindo que os contornos e a curvatura do cérebro influenciam fortemente a atividade cerebral – talvez até mais do que a complexa interconectividade entre as próprias populações de neurônios.

Simplificando, os resultados dos cientistas desafiam nosso conhecimento de como o cérebro humano funciona.

“Não estamos dizendo que a conectividade em seu cérebro não é importante”, diz Pang. “O que estamos dizendo é que a forma do seu cérebro também tem uma contribuição significativa. É altamente provável que ambos os mundos tenham alguma sinergia... houve décadas e décadas de trabalho de ambos os lados da pesquisa no mundo da teoria do campo neural e no mundo da conectividade, e ambos são importantes, na minha opinião. Este estudo abre tantas possibilidades – poderíamos estudar como os modos próprios geométricos variam ao longo do neurodesenvolvimento ou são interrompidos por distúrbios clínicos, por exemplo. É bem emocionante.”

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• Fonte: https://physicsworld.com/a/mri-study-challenges-our-knowledge-of-how-the-human-brain-works/