Ondas cerebrais que viajam ajudam a detectar objetos difíceis de ver

Ondas cerebrais que viajam ajudam a detectar objetos difíceis de ver

Cientistas da Salk descobrem padrões de ondas neurais no cérebro acordado que ajudam a detectar objetos

LA JOLLA—Imagine que você está atrasado para o trabalho e procurando desesperadamente pelas chaves do carro. Você procurou por toda a casa, mas não consegue encontrá-los em qualquer lugar. De repente, você percebe que suas chaves estão bem na sua frente o tempo todo. Por que você não os viu até agora?

Agora, uma equipe de cientistas do Salk Institute liderada pelo professor John Reynolds descobriu detalhes dos mecanismos neurais subjacentes à percepção dos objetos. Eles descobriram que padrões de sinais neurais, chamados de ondas cerebrais viajantes, existem no sistema visual do cérebro acordado e são organizados para permitir que o cérebro perceba objetos fracos ou difíceis de ver. As descobertas foram publicadas em Natureza em outubro 7, 2020.

“Descobrimos que objetos fracos são muito mais prováveis ​​de serem vistos se a visualização do objeto for sincronizada com as ondas cerebrais que viajam. As ondas realmente facilitam a sensibilidade perceptiva, então há momentos no tempo em que você pode ver coisas que de outra forma não poderia ”, diz Reynolds, autor sênior do artigo e titular da cadeira Fiona e Sanjay Jha em neurociência. “Acontece que essas ondas cerebrais itinerantes são um processo de coleta de informações que leva à percepção de um objeto.”

Os cientistas estudaram as ondas cerebrais que viajam durante a anestesia, mas descartaram as ondas como um artefato da anestesia. A equipe de Reynolds, no entanto, questionou se essas ondas existem na parte visual do cérebro durante a vigília e se desempenham um papel na percepção. Eles combinaram gravações no córtex visual com técnicas computacionais de ponta que lhes permitiram detectar e rastrear ondas cerebrais em movimento.

“Para entender os mecanismos neurais da percepção, precisávamos desenvolver novas técnicas computacionais para rastrear a atividade neuronal no córtex visual momento a momento”, diz o co-autor Lyle Muller, professor assistente financiado pelo BrainsCAN no Departamento de Matemática Aplicada e o Brain and Mind Institute na Western University em Ontário, Canadá, e anteriormente um pós-doutorado no laboratório Sejnowski em Salk. “Em seguida, usamos esses métodos computacionais para descobrir qual mudança estava ocorrendo no sistema nervoso para, de repente, permitir o reconhecimento de objetos”.

Os cientistas registraram a atividade dos neurônios de uma área do cérebro que continha um mapa completo do mundo visual. Eles então rastrearam as trajetórias das ondas cerebrais durante uma tarefa de percepção visual. Os cientistas mantiveram um alvo na tela no limiar da visibilidade, de modo que os observadores só pudessem detectar o objeto 50% do tempo e registraram quando o alvo foi localizado. Como o alvo não estava mudando, os pesquisadores concluíram que a capacidade do observador de perceber o objeto apenas na metade do tempo devia-se a alguma mudança nos sinais neurais dentro do cérebro.

Eles descobriram que a capacidade do cérebro de reconhecer alvos estava diretamente relacionada a quando e onde as ondas cerebrais em trânsito ocorriam no sistema visual: quando as ondas em trânsito se alinhavam com o estímulo, o observador podia detectar o alvo com mais facilidade. Essas ondas cerebrais itinerantes, que ocorriam várias vezes por segundo, eram semelhantes a um estádio de torcedores que se levantavam e levantavam os braços sucessivamente, abaixando-os e sentando-se novamente. Parece que o sistema visual está detectando ativamente o ambiente externo, de acordo com a equipe.

“Há um nível espontâneo de atividade no cérebro que parece ser regulado por essas ondas viajantes”, diz o professor Salk. Terrence Sejnowski, autor do artigo e titular da cadeira Francis Crick. “Achamos que as ondas são o produto da atividade que se propaga pelo cérebro, impulsionada pelo disparo de neurônios locais”.

“Vivemos nossas vidas cotidianas pensando que estamos vendo o mundo com precisão, mas, na verdade, nossos cérebros estão preenchendo detalhes que são difíceis de ver”, diz Zac Davis, co-primeiro e autor correspondente do artigo e um Salk pós-doutorado no laboratório Reynolds. “Agora, descobrimos como o cérebro combina informações difíceis de ver para perceber um objeto.”

No futuro, os cientistas planejam examinar se essas ondas cerebrais são coordenadas em diferentes regiões cerebrais dedicadas à visão. Os pesquisadores teorizam que as ondas cerebrais podem servir como uma porta entre o processamento sensorial e a percepção consciente que emerge do cérebro como um todo.

Julio-Martinez Trujillo, da Western University, também foi um dos autores deste artigo.

O trabalho foi financiado pela Dan and Martina Lewis Biophotonics Fellowship; a Fundação de Caridade Gatsby; a cadeira Fiona e Sanjay Jha em neurociência; o Instituto Canadense de Pesquisa em Saúde; a Fundação Swartz; e os Institutos Nacionais de Saúde (R01-EY028723, T32 EY020503-06 e T32 MH020002-16A).

DOI: 10.1038 / s41586-020-2802-y