Pesquisadores mapearam centenas de categorias semânticas para os pequenos pedaços do córtex que os representam em nossos pensamentos e percepções. O que eles descobriram pode mudar nossa visão da memória.
Muitas vezes pensamos na memória como uma repetição do passado – uma duplicação mental de eventos e sensações que experimentamos. No cérebro, isso seria semelhante aos mesmos padrões de atividade neural sendo expressos novamente: lembrar o rosto de uma pessoa, por exemplo, pode ativar os mesmos padrões neurais que os de ver seu rosto. E, de fato, em alguns processos de memória, algo assim ocorre.
Mas nos últimos anos, os pesquisadores encontraram repetidamente diferenças sutis, mas significativas, entre representações visuais e de memória, com a última aparecendo consistentemente em locais ligeiramente diferentes no cérebro. Os cientistas não sabiam o que fazer com essa transformação: para que função ela servia e o que isso significava para a natureza da própria memória?
Agora, eles podem ter encontrado uma resposta – em pesquisas focadas na linguagem e não na memória.
“Essa fronteira real no cérebro parece ser um princípio organizador geral.”
Adam Steel, Dartmouth College
Uma equipe de neurocientistas criou um mapa semântico do cérebro que mostrava em detalhes notáveis quais áreas do córtex respondem a informações linguísticas sobre uma ampla gama de conceitos, de rostos e lugares a relações sociais e fenômenos climáticos. Quando eles compararam esse mapa com um que eles fizeram mostrando onde o cérebro representa categorias de informação visual, eles observaram diferenças significativas entre os padrões.
E essas diferenças pareciam exatamente com as relatadas nos estudos sobre visão e memória.
A descoberta, publicada em outubro passado na Nature Neuroscience, sugere que, em muitos casos, uma memória não é um fac-símile de percepções passadas que são repetidas. Em vez disso, é mais como uma reconstrução da experiência original, com base em seu conteúdo semântico.
Esse insight pode ajudar a explicar por que a memória é tão frequentemente um registro tão imperfeito do passado – e pode fornecer uma melhor compreensão do que realmente significa lembrar de algo.
Um mosaico de significado
O novo trabalho sobre semântica era completamente independente do trabalho sobre memória – os dois se desenrolando mais ou menos na mesma época, mas em lados opostos dos Estados Unidos.
Em 2012, Jack Gallant, neurocientista computacional e cognitivo da Universidade da Califórnia, Berkeley, passou a maior parte de uma década desenvolvendo ferramentas e modelos funcionais de ressonância magnética (ressonância magnética) para estudar o sistema visual humano. Como as máquinas de ressonância magnética podem medir mudanças no fluxo sanguíneo e na atividade elétrica no cérebro, os neurocientistas costumam usá-las para estudar quais partes do córtex respondem a diferentes estímulos.
Um dos alunos de pós-graduação de Gallant na época, Alex Huth, usou as técnicas de ponta do laboratório Gallant para analisar onde o cérebro poderia codificar diferentes tipos de informação visual. Huth, Gallant e seus colegas fizeram com que os participantes assistissem horas de vídeos silenciosos enquanto estavam dentro de scanners de fMRI. Em seguida, segmentando os dados em registros para volumes de tecido cerebral do tamanho de uma ervilha chamados voxels, eles analisaram as varreduras para determinar onde centenas de objetos e ações foram representados no córtex.
Eles encontraram padrões notavelmente consistentes em todos os participantes – padrões que formavam um mapa generalizado de significado visual. Confirmou a identidade de algumas regiões do córtex visual que já eram conhecidas em pesquisas anteriores, como áreas seletivamente responsivas a rostos ou lugares. Mas também revelou centenas de outras manchas seletivas pela primeira vez: regiões que responderam a imagens de animais, membros da família, cenas internas, externas, pessoas em movimento e muito mais.
Huth não parou por aí. Ele e sua equipe decidiram tentar algo semelhante, só que desta vez usando a linguagem em vez de estímulos visuais. Eles fizeram as pessoas ouvirem horas de gravações de podcast e avaliaram como seus cérebros responderam às centenas de conceitos que ouviram nessas histórias. A rede semântica que os pesquisadores compilaram e relataram na Nature em 2016 – outro mapa de retalhos, um mosaico de significados que cobria grandes áreas do córtex – era “uma coisa realmente nova” nessa escala e dimensionalidade, disse Gallant. “Ninguém estava procurando por isso.”
Nosso entendimento, nosso conhecimento sobre as coisas, está na verdade um pouco embutido nos sistemas perceptivos.
Chris Baker, Instituto Nacional de Saúde Mental
Com esses dois mapas corticais em mãos, eles perceberam que os estudos usaram alguns dos mesmos participantes. “Foi apenas um feliz acidente”, disse Huth, que agora é professor assistente de neurociência e ciência da computação na Universidade do Texas em Austin. Mas abriu caminho para eles perguntarem: como as representações visuais e linguísticas se relacionavam?
Estudos de imagem anteriores identificaram regiões aproximadas de sobreposição, o que fazia sentido: nós, humanos, atribuímos rótulos ao que percebemos no mundo, então é apropriado que nossos cérebros combinem essas representações. Mas Huth e seus colegas adotaram uma abordagem mais precisa. Eles modelaram o que cada voxel individual respondeu entre quase 1.000 categorias semânticas encontradas tanto no vídeo quanto nos estímulos linguísticos.
Como na pesquisa anterior, eles encontraram evidências de sobreposição. Mas então Huth notou algo estranho.
Ele fez uma visualização dos dados de 2016 que lhe permitiram acessar cada voxel para ver a quais categorias baseadas em idioma ele respondia. Quando ele ampliou uma região seletiva para lugares, ele percebeu que apenas os voxels na borda anterior da região, mais próximos da frente do cérebro, representavam palavras de lugar: apartamento, casa, carro, andar, fazenda, Califórnia. A parte de trás da região não representava essa informação linguística.
“Isso nos levou a pensar que talvez haja algo mais interessante acontecendo aqui”, disse Huth.
Uma zona de transição ordenada
Então Huth convocou os dados de seus experimentos de visão de 2012 e viu que nessa área seletiva do córtex, a parte de trás respondia exclusivamente a imagens relacionadas ao local. Quando ele olhou em áreas mais próximas à frente, tanto imagens de lugares quanto palavras de lugares foram representadas – até que, no limite da região, apenas palavras evocavam atividade cerebral, assim como ele viu quando estava brincando com sua visualização de 2016. Parecia haver uma mudança gradual e contínua de representações visuais de lugares para representações linguísticas em apenas alguns centímetros de córtex.
“Foi surpreendentemente legal”, disse Huth. “Este foi o emocionante momento ‘aha’, vendo esse padrão aparecer.”
Para testar quão sistemático o padrão pode ser, Sara Popham, então estudante de pós-graduação no laboratório de Gallant, desenvolveu uma análise estatística para a equipe que procurou esses gradientes ao longo da borda do córtex visual. Eles encontraram em todos os lugares. Para cada uma das centenas de categorias estudadas nos experimentos, as representações se alinhavam em zonas de transição que formavam uma fita quase perfeita ao redor de todo o córtex visual. “Há uma correspondência entre o que acontece atrás da fronteira e o que acontece na frente da fronteira”, disse Gallant.
Esse alinhamento por si só foi notável. “Na verdade, é raro vermos fronteiras e regiões delineadas no cérebro”, disse Wilma Bainbridge, psicóloga da Universidade de Chicago que não esteve envolvida no estudo. “Eu realmente não vi nada parecido com isso.”
O padrão também foi sistemático entre os indivíduos, aparecendo repetidamente em cada participante. “Esse limite real no cérebro parece ser um princípio organizador geral”, disse Adam Steel, pós-doutorando que estuda percepção e memória no Dartmouth College.
Ele mostra como o córtex visual interage com o resto do córtex por meio desses gradientes: muitos canais paralelos parecem preservar o significado em diferentes tipos de representações. Nos modelos hierárquicos de processamento visual, o cérebro primeiro extrai características específicas, como bordas e contornos, e depois as combina para construir representações mais complexas. Mas não está claro como essas representações complexas ficam cada vez mais abstratas. Claro, detalhes visuais podem ser reunidos para criar uma imagem de, digamos, um gato. Mas como essa imagem final é atribuída à categoria conceitual de “gatos”?
Agora, este trabalho sugere como essa progressão de especificidades visuais para abstrações maiores pode começar a acontecer em um nível mais granular. “Estamos colando uma parte do cérebro que realmente entendemos bem a outra parte do cérebro que mal entendemos”, disse Gallant. “E o que vemos é que os princípios do design não estão realmente mudando muito.”
O que significa? Talvez mais disso esteja incorporado do que alguns argumentaram.
Ev Fedorenko, Massachusetts Institute of Technology
De fato, uma teoria tradicional da organização cerebral postula que as representações do conhecimento semântico ocorrem em uma região dedicada – um centro de comando semelhante a um hub que recebe informações de vários sistemas, incluindo os perceptivos. Mas os resultados da equipe de Gallant sugerem que essas redes diferentes podem estar intimamente entrelaçadas para serem separáveis. “Nossa compreensão, nosso conhecimento sobre as coisas, está na verdade um pouco embutido nos sistemas perceptivos”, disse Chris Baker, do Instituto Nacional de Saúde Mental.
Essa descoberta pode ter implicações em como o conhecimento abstrato dos humanos sobre o mundo se desenvolve. Talvez, disse Huth, as representações baseadas na linguagem sejam parcialmente padronizadas das perceptivas – e esse alinhamento serve como parte de um mecanismo de como isso pode acontecer. As capacidades perceptivas de várias regiões do cérebro podem, de fato, “ditar a estrutura emergente de um espaço conceitual mais amplo”, disse Ev Fedorenko, neurocientista cognitivo do Instituto de Tecnologia de Massachusetts. Talvez isso possa até dizer algo sobre a natureza do próprio significado. “O que significa?” ela disse. “Talvez mais disso esteja incorporado do que alguns argumentaram.”
Mas o mais intrigante é que essa transição gradual entre tipos de representações no córtex ecoa descobertas recentes sobre a relação entre percepção e memória.
Registros de significados, não percepções
Em 2013, Christopher Baldassano, neurocientista cognitivo da Universidade de Columbia, encontrou um padrão intrigante quando observou atividade neural em uma área conhecida por responder seletivamente a lugares. Padrões de atividade na parte posterior da região foram correlacionados com padrões que caracterizavam uma rede visual conhecida, enquanto a atividade na parte frontal da região parecia estar mais relacionada à atividade em uma rede de memória.
Isso sugeriu que as representações da memória podem envolver não uma reativação exata, mas sim uma mudança sutil através do estado real do córtex, para um local imediatamente adjacente ao local onde a representação visual correspondente pode ser encontrada.
Ao longo do ano passado, vários novos estudos – incluindo pesquisas de Bainbridge, Baker, Steel e Caroline Robertson, do Dartmouth College – reforçaram essa descoberta comparando diretamente a atividade cerebral das pessoas enquanto olhavam e depois lembravam ou imaginavam várias imagens. Em cada caso, uma transformação espacial sistemática marcou a diferença entre as representações sensoriais e de memória do cérebro. E as representações visuais apareceram logo atrás das memórias associadas – assim como no estudo baseado em linguagem de Huth.
Assim como aquele estudo, este parecia indicar que percepção e memória também estão profundamente emaranhadas. “Não faz sentido pensar em nosso sistema de memória como um espaço de trabalho totalmente separado”, disse Baldassano.
“Muitas pessoas têm essa ideia intuitiva de que a experiência perceptiva é como uma chama crepitante, e a experiência da memória é como uma vela bruxuleante”, disse
O trabalho de Huth fornece novos insights sobre a natureza dessa transformação. Talvez a memória não seja tão visualmente orientada quanto pensávamos. Talvez seja mais abstrato, mais semântico, mais linguístico. “Muitas vezes temos a impressão de que temos essas fantásticas representações visuais das coisas”, disse Baker. “Você sente que pode ver. Mas talvez você não consiga.”
Para Kuhl, isso faz sentido. Afinal, “sabemos que quando estamos imaginando algo ou lembrando de algo, é diferente de realmente vê-lo”, disse ele. O que vemos em nossa mente pode ser uma reinterpretação de uma cena ou objeto lembrado com base em seu conteúdo semântico, em vez de uma repetição literal dele. “Estamos tão fixados em usar a experiência perceptiva como modelo. Mas acho que isso nos cegou um pouco.”
Para testar essas hipóteses, os pesquisadores agora estão estudando pessoas que parecem incapazes de conjurar imagens mentais, uma condição chamada aphantasia. Talvez, disse Bainbridge, as pessoas com afantasia exibam uma mudança maior em suas representações neurais – uma que pode não se concentrar tanto nas respostas visuais e semânticas combinadas, sugerindo uma transição mais rápida para o pensamento abstrato.
“Conceitualmente, realmente parece que o campo está em algo que eu acho que é uma ideia realmente nova”, disse Kuhl. “Está abalando nosso pensamento.”
Publicado em 10/02/2022 10h32
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