O cérebro humano está sempre funcionando, processando informações que chegam em momentos muito diferentes. Algumas pistas requerem uma resposta imediata às mudanças no ambiente, enquanto outras se revelam mais lentamente à medida que interpretamos o significado, o contexto ou a intenção.
Um novo estudo da Rutgers Health publicado no Comunicações da naturezaexamina como o cérebro integra esses sinais rápidos e lentos. A pesquisa se concentra em como as redes de conexões da substância branca permitem que diferentes regiões do cérebro se comuniquem, apoiando o pensamento, a tomada de decisões e o comportamento.
As regiões cerebrais operam em diferentes relógios internos
Nem todas as partes do cérebro processam informações da mesma maneira e na mesma velocidade. Cada região opera em uma janela de tempo característica conhecida como escalas de tempo neurais intrínsecas, ou INT, para abreviar. Estas escalas de tempo refletem quanto tempo uma região armazena informações antes de passar para o próximo sinal.
“Para influenciar o ambiente através da acção, o nosso cérebro deve integrar informações processadas ao longo de diferentes períodos de tempo”, disse Lynden Parks, professor assistente de psiquiatria na Rutgers Health e autor sénior do estudo. “O cérebro consegue isso usando a conectividade da substância branca para trocar informações entre regiões, e esta integração é crítica para o comportamento humano”.
Mapeando a conectividade cerebral em quase 1.000 pessoas
Para entender como funciona essa integração, Parks e seus colegas estudaram dados de imagens cerebrais de 960 pessoas. Usando essas informações, eles criaram mapas detalhados das conexões cerebrais de cada pessoa, conhecidos como conectomas. A equipe então aplicou modelos matemáticos que descrevem como sistemas complexos evoluem ao longo do tempo para rastrear como a informação se move através dessas redes.
“Nosso trabalho explora os mecanismos subjacentes a esse processo em humanos, modelando diretamente regiões INT com base em sua conectividade”, disse Parks, membro central do Rutgers Brain Health Institute e do Centro de Pesquisa Avançada em Imagens do Cérebro Humano. “Isso cria uma ligação direta entre como as regiões do cérebro processam informações localmente e como esse processamento se espalha por todo o cérebro para produzir comportamento”.
Por que as diferenças de tempo são importantes para a cognição
Os pesquisadores descobriram que a forma como as escalas de tempo neurais são organizadas no córtex cerebral desempenha um papel fundamental na eficiência com que o cérebro alterna entre padrões de atividade em grande escala associados ao comportamento. Esta organização do tempo não era igual para todos.
“Descobrimos que as diferenças na forma como o cérebro processa a informação a diferentes velocidades ajudam a explicar porque é que as pessoas diferem nas suas capacidades cognitivas”, disse Parks.
O estudo também descobriu que estes padrões estão associados a características genéticas, moleculares e celulares do tecido cerebral, ligando as descobertas a processos biológicos subjacentes. Conexões semelhantes foram observadas no cérebro de camundongos, sugerindo que esses mecanismos são comuns entre as espécies.
“Nosso trabalho destaca uma ligação fundamental entre a conectividade da substância branca do cérebro e suas propriedades computacionais locais”, disse Parks. “Pessoas cujos cérebros correspondem melhor à forma como diferentes regiões processam informações rápidas e lentas tendem a apresentar habilidades cognitivas mais elevadas.”
Implicações para a pesquisa em saúde mental
Com base nestes resultados, a equipa de investigação está agora a aplicar a mesma abordagem às doenças neuropsiquiátricas, como a esquizofrenia, a perturbação bipolar e a depressão. O objetivo é compreender como as mudanças na conectividade cerebral podem perturbar a forma como a informação é processada ao longo do tempo.
O estudo foi conduzido em colaboração com Avram Holmes, professor associado de psiquiatria e membro principal do Rutgers Institute of Health e do Center for Advanced Research in Human Brain Imaging, bem como dos pós-doutorados Ahmad Beyh e Amber Howell, e Jason Z. Kim da Cornell University.
