Estudo sugere que o cérebro processa informações como as ondas do mar

Modelos de longa data do cérebro o descrevem como algo como um computador biológico. De acordo com essa imagem tradicional, o cérebro processa a informação como um relé. Células neurais individuais detectam um estímulo e, em seguida, passam esses dados de um neurônio para outro, por meio de uma sequência de portas.

O modelo não está errado, mas deixa muita coisa sem explicação, principalmente como as células sensoriais dos animais podem reagir de maneira diferente ao mesmo estímulo. Por exemplo, um flash rápido de luz pode normalmente ativar uma célula sensorial em um animal, mas a célula sensorial pode não ser ativada se a atenção do animal estiver focada em outra coisa, além da luz. Os especialistas querem saber por que isso pode acontecer.

Em um artigo recente, uma equipe de pesquisadores do Salk Institute for Biological Studies, em San Diego, Califórnia, oferece um novo modelo matemático e uma possível explicação. Em vez de comparar uma interação entre neurônios individuais a um relé, pode fazer mais sentido compará-la com as ondas do mar.

O processamento de informações pode, em alguns casos, ser melhor descrito como uma interação de ondas, explica Sergei Gepshtein, cientista especializado em psicologia perceptiva e neurociência sensório-motora e um dos autores do estudo.

Em vez de um neurônio responder a um determinado estímulo, os padrões distribuídos de atividade neuronal pelo cérebro formam um padrão de onda de picos e vales alternados, exatamente como os picos e vales das ondas eletromagnéticas ou das ondas do mar.

E, como aquelas ondas mais familiares, as ondas de atividade cerebral – o que os pesquisadores chamam de ondas neurais – aumentam ou cancelam umas às outras quando se encontram.

"Experiências sensoriais surgem em sua mente como resultado dessa interação", explica Gepshtein.

Os pesquisadores testaram seu modelo matemático fisiologicamente e comportamentalmente. No estudo comportamental, os pesquisadores mostraram brevemente aos sujeitos dois padrões de luz compostos de tiras alternadas de linhas pretas e brancas, chamadas grades de luminância. Entre os padrões, aparece uma linha vertical tênue, chamada de sonda. Os pesquisadores perguntaram aos participantes se a sonda aparecia na metade superior ou inferior das grades de luminância.

A capacidade do sujeito de detectar a sonda foi melhor em alguns locais e pior em outros. Quando os pesquisadores plotaram os resultados, eles formaram o padrão de onda que o modelo matemático previu. Em outras palavras, a capacidade de ver a sonda dependia de como as ondas neurais eram sobrepostas em qualquer local específico.

Existem muitos usos potenciais para essa nova estrutura para entender a percepção. Por exemplo, os cientistas sugerem que poderia esclarecer como os organismos, incluindo os humanos, processam informações espaciais.

Enquanto este estudo se concentrou na percepção visual, Gepshtein aponta que as ondas neurais são uma propriedade de muitas partes do córtex cerebral. Os cientistas poderiam então usar esse modelo para entender também outros tipos de percepção. Eles também poderiam usá-lo para projetar inteligência artificial, diz ele.

Gepshtein destaca que este novo modelo não substitui o tradicional, mas o complementa.

“É uma maneira diferente de pensar sobre como o cérebro processa a informação e ajuda a entender fenômenos que eram difíceis de entender do ponto de vista tradicional”, diz Gepshtein.

Uma boa analogia, diz ele, é a dualidade partícula-onda na química e na física – a descoberta de que as ondas eletromagnéticas, incluindo a luz, têm propriedades de partículas e ondas. Ao pensar sobre como o cérebro processa informações, às vezes podemos usar o modelo tradicional de neurônios individuais respondendo a estímulos. Mas, em muitos casos, podemos ter uma ideia mais clara do que está acontecendo pensando no processo como uma onda de atividade neuronal.