As ondas cerebrais atuam como portadores de informações. Uma hipótese recentemente proposta de “acoplamento citoelétrico” sugere que esses campos elétricos oscilantes contribuem para a otimização da eficiência e robustez da rede cerebral. Eles fazem isso influenciando a configuração física da estrutura molecular do cérebro.
Para realizar suas funções multifacetadas, que incluem o pensamento, o cérebro opera em vários níveis. Informações como objetivos ou visuais são representadas por meio de atividade elétrica sincronizada entre redes neuronais. Simultaneamente, uma combinação de proteínas e outras substâncias bioquímicas dentro e ao redor de cada neurônio executa fisicamente a mecânica necessária para a participação nessas redes.
Um novo artigo de pesquisadores do MIT, City University of London e Johns Hopkins University postula que os campos elétricos da rede influenciam a configuração física dos componentes subcelulares dos neurônios para otimizar a estabilidade e a eficiência da rede, uma hipótese que os autores chamam de “Cytoelectric Acoplamento.”
“A informação que o cérebro está processando tem um papel no ajuste fino da rede até o nível molecular”, disse Earl K. Miller, professor Picower no Instituto Picower de Aprendizagem e Memória do MIT, co-autor do artigo em andamento. em Neurobiologia com o Professor Associado Dimitris Pinotsis do MIT e City – University of London, e o Professor Gene Fridman da Johns Hopkins.
“O cérebro se adapta a um mundo em mudança”, disse Pinotsis. “Suas proteínas e moléculas também mudam. Eles podem ter cargas elétricas e precisam alcançar os neurônios que processam, armazenam e transmitem informações usando sinais elétricos. Interagir com os campos elétricos dos neurônios parece necessário.”
Pensando em campos
Um dos principais focos do laboratório de Miller é estudar como as funções cognitivas de alto nível, como a memória de trabalho, podem emergir de maneira rápida, flexível e confiável da atividade de milhões de neurônios individuais. Os neurônios são capazes de formar circuitos dinamicamente, criando e removendo conexões, chamadas sinapses, bem como fortalecendo ou enfraquecendo essas junções. Mas isso apenas forma um “roteiro” em torno do qual as informações podem fluir, disse Miller.
Os circuitos neurais específicos que representam coletivamente um pensamento ou outro, descobriu Miller, são coordenados pela atividade rítmica, mais coloquialmente conhecida como “ondas cerebrais” de diferentes frequências.
Ritmos “gama” rápidos ajudam a transmitir imagens de nossa visão (por exemplo, um muffin), enquanto ondas “beta” mais lentas podem levar nossos pensamentos mais profundos sobre essa imagem (por exemplo, “muitas calorias”). Devidamente cronometradas, rajadas dessas ondas podem transportar previsões, permitir escrever, reter e ler informações na memória de trabalho, mostrou o laboratório de Miller.
Eles quebram quando a memória de trabalho também. O laboratório relatou evidências de que o cérebro pode manipular distintamente os ritmos em locais físicos específicos para organizar ainda mais os neurônios para uma cognição flexível, um conceito chamado “Computação Espacial”.
Outro trabalho recente do laboratório mostrou que, embora a participação de neurônios individuais nas redes possa ser inconstante e não confiável, as informações transportadas pelas redes das quais fazem parte são representadas de forma estável pelos campos elétricos gerais gerados por sua atividade coletiva.
Acoplamento citoelétrico
No novo estudo, os autores combinam esse modelo de atividade elétrica rítmica coordenando redes neurais com outras linhas de evidência de que os campos elétricos podem influenciar os neurônios no nível molecular.
Os pesquisadores, por exemplo, estudaram o acoplamento efático, no qual os neurônios influenciam as propriedades elétricas uns dos outros por meio da proximidade de suas membranas, em vez de depender apenas de trocas eletroquímicas entre as sinapses. Essa conversa cruzada elétrica pode afetar as funções neurais, incluindo quando e se eles disparam para retransmitir sinais elétricos para outros neurônios em um circuito.
Miller, Pinotsis e Fridman também citam pesquisas que mostram outras influências elétricas nas células e seus componentes, incluindo como o desenvolvimento neural é guiado por campos e que os microtúbulos podem ser alinhados por eles.
Se o cérebro carrega informações em campos elétricos e esses campos elétricos são capazes de configurar neurônios e outros elementos no cérebro que formam uma rede, é provável que o cérebro use essa capacidade. O cérebro pode usar campos para garantir que a rede faça o que deve fazer, sugerem os autores.
Para colocar (vagamente) em termos preguiçosos, o sucesso de uma rede de televisão não é apenas sua capacidade de transmitir um sinal claro para milhões de lares. O que também é importante são os detalhes tão finos quanto a maneira como a casa de cada espectador organiza sua TV, sistema de som e mobília da sala para maximizar a experiência. Tanto nessa metáfora quanto no cérebro, disse Miller, a presença da rede motiva os participantes individuais a configurar sua própria infraestrutura para participar de maneira otimizada.
“O acoplamento citoelétrico conecta informações nos níveis meso e macroscópico até o nível microscópico de proteínas que são a base molecular da memória”, escreveram os autores no artigo.
O artigo apresenta a lógica inspiradora do Acoplamento Citoelétrico. “Estamos oferecendo uma hipótese que qualquer um pode testar”, disse Miller.
Publicado em 30/06/2023 09h38
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