Disparam juntos, se ligam juntos

A Neurociência Cognitiva é a área que investiga os mecanismos biológicos subjacentes à cognição, aos processos complexos do cérebro como inteligência, emoção, memória e julgamento moral, por exemplo. Tenta responder como as funções psicológicas e os comportamentos dos organismos são produzidos pela atividade das células nervosas.

Penso que a maior dificuldade dessa área de investigação seja a quantidade de níveis de escala e de propriedades que esses processos possuem. Ao longo da história da neurociência, evidências que ocorreram em diferentes escalas levaram a conclusões que até hoje tentam se conectar.  Nos textos de optogenética (texto I e texto II), apresentou-se um dos supra-sumos da neurociência atual em termos de metodologia. Mas, mesmo assim ela age em apenas uma parte das escalas e propriedades (circuitos, farmacológica, elétrica). E tentar abordar o máximo de escalas e propriedades em um único estudo é um dos grandes desafios dos pesquisadores para formar uma estrutura única do conhecimento sobre as funções do cérebro. Para explorar um pouco essa complexidade, vou falar de dois níveis dessa escala, o anatômico e o de circuitos, e um dos modos usados atualmente para estudar cognição considerando esses dois níveis.

O nível anatômico se refere a divisões e classificações macroscópicas do encéfalo, e lança mão de evidências que surgiram com o Localizacionismo, uma perspectiva apoiada na premissa de que as funções mentais e orgânicas estão delimitadas em regiões específicas do cérebro. Ela ganhou fama e consideração científica no século XIX, após Pierre Paul Broca (1824 – 1880) e Carl Wernicke (1848 – 1905) encontrarem evidências científicas de regiões cerebrais responsáveis pela fala e pela compreensão da linguagem, respectivamente, através de autópsias de pacientes falecidos com enfermidades em tais regiões. Essas evidências desencadearam uma série de estudos ao redor do mundo sobre a localização de regiões cerebrais com funções definidas. Vale a pena citar o caso de Phineas Gage1; e talvez o mais famoso da Neurociência, o de Henry Gustav Molaison, o H.M. 2. Hoje, boa parte do cérebro tem delimitações às quais se atribuem funções, embora nem todas essas regiões tenham funções sejam totalmente definidas.

Algumas áreas com função definida (sensorial ou associativa) estão representadas nesse cérebro.

O nível de circuitos começou a ser mais discutido após a descoberta da estrutura do neurônio por Santiago Ramon y Cajal (1852-1934). Em sua Doutrina Neuronal já hipotetizava que a informação se armazenaria nas conexões sinápticas3, mas foi Donald Hebb (1904-1985), em seu livro The Organization of Behavior (1949), que propôs que uma informação seria “armazenada” em um agrupamento de células (cell assembly) interconectadas, ou uma rede, através da ativação simultânea e coordenada desta; e que esse armazenamento ocorreria através de uma fortificação das conexões entre os neurônios que a compõem.

Hebb também propunha que essa rede de neurônios poderia estar amplamente distribuída pelo cérebro, de modo que cada subgrupo da rede seria responsável por uma parte da informação. Por exemplo, a informação sobre o cheiro de um perfume poderia ativar uma rede de neurônios do córtex olfativo, realizando essa fortificação entre eles, mas ao considerar o contexto em que se sentiu o cheiro, diversas regiões cerebrais podem ter grupos de neurônios ativados para criar a memória da experiência toda. No córtex visual, um grupo de neurônios poderia ter informações sobre o local em que se sentiu o cheiro ou a imagem da mulher que usava o perfume;  no auditivo, um grupo para a música que estava tocando; no somatossensório, um grupo para o frio daquela noite ou da sensação do beijo na mulher; até mesmo julgar a mulher como bonita iria requerer regiões específicas.

Esquema do agrupamento de neurônios interconectados hipotetizado por Hebb, presente por todo o cérebro.

Essa proposição de Hebb é a junção harmoniosa que há entre a escala anatômica (localizacionismo) e a escala de circuitos. Percebem isso no exemplo acima? Córtices com funções específicas contendo em si as pequenas partes (aspectos) da memória de uma experiência. E quando todas as regiões se ativam juntas, todas as informações se agrupam, se organizam, e dá-se a função cognitiva. O pesquisador Anthony McIntosh, da Universidade de Toronto, Canadá, fez uma analogia interessante:

“A função [de uma rede] resulta de alguma combinação de elementos subordinados. Uma sinfonia fornece uma boa ilustração. Quando uma coleção de instrumentos musicais é tocada de maneira coordenada, a função [em rede] é a sinfonia que flui e tem uma estrutura reconhecível e coerente. Cada instrumento da orquestra toca uma parte específica da sinfonia, e os elementos da sinfonia são detectáveis nos instrumentos isolados. Entretanto, a rede é mais rica que um elemento em particular. Essa mesma relação pode estar em operação no sistema nervoso” [tradução minha]

As escalas anatômica e de circuitos mostram outra propriedade importante na geração dos processos cerebrais. Dentro de uma rede, os subgrupos dela possuem uma hierarquia baseada no quão complexo é o processamento realizado pelo subgrupo. Desse modo, as informações sensoriais mais puras se armazenam em subgrupos de menor posição na hierarquia, e à medida que essa informação “caminha” pela rede e se encontra com outras informações, esse subgrupo que recebe informações de duas fontes deve processá-las e agrupá-las e, portanto, está acima na hierarquia de processamento. Existem muitos níveis de hierarquia, mas eles são agrupados em três grandes grupos: os córtices sensoriais primários, córtices associativos secundários e córtices associativos terciários (ou multimodais). Quanto maior é a hierarquia engajada em um processo cognitivo, mais complexa é a operação realizada, seja um pensamento, uma lembrança ou a resolução de uma equação matemática.

Esse esquema mostra um exemplo de hierarquia entre grupos de neurônios sensoriais e associativos. Cada círculo representa um nível na hierarquia das redes e cada tracinho representa um neurônio da rede. Somente as redes associativas terciárias integram informações de várias fontes sensoriais (visão e audição, por ex.) e por isso estão acima na hierarquia.

Esses são apenas dois níveis de abordagem e um pouco da a relação entre eles. Como disse no começo, a grande campanha da Neurociência Cognitiva é relacionar todas as escalas e propriedades cerebrais em um modelo conceitual.

Para mostrar um exemplo dessa campanha, em junho passado foi publicado um artigo no The Journal of Neuroscience (Cole et al, 2012), usando tarefas de memória operacional e técnicas de imagem por ressonância magnética (fMRI). Nesse artigo, os pesquisadores observaram que um índice chamado de inteligência flúida geral (general fluid intelligente, gF), medido pela performance nessas tarefas de memória, pode ser explicado em 26% pela atividade de uma região chamada córtex pré-frontal lateral (esquerdo) e pela inferência de sua conectividade global com o resto do cérebro. Essa conectividade global é uma tentativa de estimar conexões ativas através do quanto a atividade de duas regiões está correlacionada. No caso, mediu-se a correlação da atividade do córtex pré-frontal lateral esquerdo com a atividade de todas as outras parto do cérebro, um por vez.

Conectividade Global do Córtex Pré-Frontal Lateral Esquerdo com o resto do cérebro (imagem de Michael Cole/WUSTL)

Por evidências de outros estudos, o córtex pré-frontal lateral já é conhecido por desempenhar alguma função no controle do comportamento, controle de planejamento e na inteligência. Contudo, explicar somente 26% do desempenho não seria muito pouco para se atribuir tal função a essa região? Talvez. Mas tem-se que considerar que eles abordaram apenas dois níveis da escala em que os processos acontecem. Muita coisa acontece em outros níveis, que poderia explicar melhor o desempenho das tarefas se fossem estudados. Além disso, talvez a própria tarefa de memória usada ou o índice gF não sirvam muito bem para “dissecar” com tanta precisão a função associativa dessa região. Questão ainda aberta e ainda para ser investigada!

Notas de rodapé

No século XVIII, Phineas Gage teve uma barra de aço atravessada na parte esquerda do crânio, retirando-lhe o olho esquerdo, parte do lobo pré-frontal ventromedial. A priori sem nenhuma alteração cognitiva, Gage teve uma profunda mudança em suas capacidades de planejamento, processamento emocional e enquadramento social. Seu caso é descrito em grandes detalhes no livro o Erro de Descartes (António Damásio).

O paciente epiléptico Henry Gustav Molaison (1926 – 2008), mais conhecido como H.M., em 1953 foi submetido a uma neurocirurgia na qual foi retirado o lobo temporal medial de ambos os hemisférios – focos da epilepsia. Apesar de curá-lo, a remoção dessas áreas resultou em um grave caso de amnésia. Durante o resto de sua vida, ele se voluntariou a estudos que ajudaram a desenvolver os conhecimentos sobre memória e neuropsicologia de um modo geral, chegando até a doar seu cérebro para o The Brain Observatory, San Diego, CA.

3 Cajal YR. Histologie du Systeme Nerveux de l’Homme et des Vertebras. Paris: Maloine, 1913

Referências

-Bear M F, Connors B W, Paradiso M A. Neurociências: desvendando o sistema nervoso. Editora Artmed.

– McIntosh A R. Towards a network theory of cognition. Neural Networks 13 (2000) 861–870

– Cole M W, Yarkoni T, Repovs˘ G, Anticevic A and Braver T S. Global connectivity of prefrontal cortex predicts cognitive control and intelligence. The Journal of Neuroscience June 27, 2012 • 32(26):8988–8999

– Hebb D.O. The Organization of Behavior: Neuropsychological Theory. New York: Wiley, 1949.

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Sobre Cesar A O Coelho

Bacharel em Biologia pela UNESP, Botucatu (a gloriosa!), e mestrando em Psicobiologia pela UNIFESP, São Paulo. Apaixonado por neurociências desde o colégio, venceu sua aversão à maior cidade do Brasil para trilhar seu sonhado caminho. Iniciado nas neurociências com o estudo do comportamento animal, hoje estuda memória emocional e sistemas de memória. Sonha em investigar seu objeto de estudo com a maior quantidade de perspectivas possível, cercá-lo por todos os lados. E tenta se cercar dessas ferramentas (perspectivas) ou pessoas que as possuem. “Doido”, como é chamado pelos amigos, é portador de expressões…peculiares (p****ta véio!), muita empolgação e uma mania de tentar ver tudo em seu significado mais abragente (é até chato às vezes). De um jogo de RPG a uma balada, de uma dança de forró a uma discussão científica, de uma reunião científica a uma manifestação política, admira a reunião de pessoas em prol de um mesmo objetivo.

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