Uma rede neural que suprime as informações que distraem os sentidos detém as chaves para desvendar o trabalho da atenção e outros processos cognitivos.
Prestamos atenção apenas a uma pequena fração das informações dos órgãos dos sentidos que chegam até nós. Novos resultados de pesquisa ajudam a entender como o cérebro a cada momento filtra as sensações menos interessantes.Podemos ouvir a conversa em uma sala barulhenta, entre outras vozes ficando mais silenciosas ou mais altas ou no meio do zumbido do ar condicionado. Podemos ver um molho de chaves em um mar de lixo, ou um guaxinim, correndo pelo carro. Às vezes, mesmo com uma quantidade enorme de informações preenchendo nossos sentidos, podemos nos concentrar no que é importante para nós e agir em conformidade.
Os processos de troca de atenção ajudam o cérebro a acender os holofotes associados ao estímulo desejado e filtrar todo o resto. Os neurocientistas querem identificar as redes neurais que orientam e alimentam esse foco. Durante décadas, suas pesquisas foram associadas ao córtex, uma estrutura ondulada na superfície do cérebro, geralmente associada à inteligência e ao trabalho da mente. Ficou claro que a atividade do córtex aprimora o processamento do sinal para se concentrar nas coisas que nos interessam.
No entanto, hoje alguns pesquisadores estão tentando usar uma abordagem diferente, estudando como o cérebro suprime as informações, e não como elas as complementam. Mais importante, eles
descobriram que o processo envolvia partes mais antigas e mais profundas do cérebro - áreas que raramente são consideradas relacionadas à atenção.
Por causa disso, os cientistas começaram a involuntariamente gradualmente avançar para uma melhor compreensão de como o corpo e a mente se entrelaçavam profundamente e inextricavelmente - por meio da percepção automática de sensações, movimentos físicos e consciência de nível superior.
Caçando redes neurais
A atenção parecia tão fortemente ligada à consciência e a outras funções complexas do cérebro que, durante algum tempo, os cientistas a consideraram principalmente uma manifestação do trabalho do córtex cerebral. Pela primeira vez, essa idéia foi seriamente abandonada em 1984, quando Francis Crick, conhecido por seu trabalho em estruturas de DNA, sugeriu que o "foco" fosse controlado por uma região profunda do cérebro chamada
tálamo , parte da qual recebe dados dos sentidos e os transfere para o córtex. . Ele desenvolveu a teoria de que o tálamo sensorial funciona não apenas como transmissor, mas também como vigia - não apenas uma ponte, mas também uma peneira - restringindo parte do fluxo de dados para estabelecer um certo nível de concentração.
No entanto, décadas se passaram e as tentativas de determinar o mecanismo responsável por isso falharam - principalmente porque é extremamente difícil estudar a atenção dos animais em laboratório.
Michael Halassa, Neurocientista do MITIsso não impediu
Michael Halassa , um neurocientista do Brain Research Institute. McGovern no MIT. Ele queria determinar exatamente como os dados sensoriais são filtrados antes que essas informações cheguem ao córtex cerebral, para encontrar uma rede neural específica que, de acordo com Crick, está envolvida nisso.
Ele foi atraído por uma fina camada de neurônios inibitórios, o "núcleo retículo do tálamo" (SNF), que serve como membrana do tálamo. Quando Halassa se tornou um pós-cais, ele já havia encontrado um mecanismo de triagem aproximado: o SNF estava com falta de dados sensoriais quando o animal estava acordado e prestava atenção em algum aspecto do ambiente, mas os bloqueava quando estava dormindo.
Em 2015, Halassa e colegas
encontraram uma taxa de abandono ainda mais fina, o que nos permitiu atribuir SNF de forma mais confiável à rede neural há muito procurada - e desta vez estava relacionado a como os animais escolhem o que focar quando sua atenção é dividida entre vários órgãos sentimentos. O estudo usou ratos treinados para seguir as instruções de luz e som piscando. Então, os cientistas ligaram os animais simultaneamente vários comandos conflitantes da luz e do som, enquanto sugeriam a eles qual sinal deveria ser ignorado. A resposta dos camundongos mostrou quão efetivamente eles foram capazes de se concentrar. No experimento, os cientistas usaram técnicas bem estabelecidas para desativar a atividade em diferentes partes do cérebro para ver em quais casos isso impediria que os animais agissem de maneira eficaz.
Como esperado, o papel do córtex pré-frontal, emitindo comandos de alto nível para outras partes do cérebro, foi crítico. No entanto, a equipe também descobriu que, se no experimento os ratos precisassem prestar atenção à visão, desconectar os neurônios no SNF visual os impedia de agir. Além disso, quando esses neurônios foram desligados, os ratos tiveram dificuldade em se concentrar no som. De fato, a rede neural torceu os botões de sintonia dos processos inibitórios, em vez de emocionantes, e o SNF inibiu as informações que o córtex pré-frontal considerava perturbadoras. Se o mouse tivesse que dar prioridade às informações auditivas, o córtex pré-frontal emitia um sinal ao SAT visual para aumentar a atividade para suprimir o tálamo visual, o que impedia o fluxo de dados visuais desnecessários.
Verificou-se que a metáfora com atenção como holofote funciona ao contrário: o cérebro não aprimora a “iluminação” do estímulo de seu interesse, mas “diminui a iluminação” de todo o resto.
Apesar do sucesso do estudo, os cientistas enfrentaram um problema. Eles confirmaram a suspeita de Crick: o córtex pré-frontal controla o filtro do tálamo para obter informações sensoriais recebidas. No entanto, o córtex pré-frontal não está diretamente relacionado às partes sensoriais do SNF. Partes da rede neural estavam ausentes.
Até recentemente. E então, finalmente, Halassa e seus colegas criaram as últimas peças do quebra-cabeça, e os resultados revelaram muito sobre como estudar a atenção.
Bloqueamos, sombreamos, piscamos
Usando experimentos semelhantes aos realizados em 2015, os membros da equipe investigaram a interação funcional de várias partes do cérebro, bem como as conexões neurais entre elas. Eles descobriram que uma rede neural completa se estende do córtex pré-frontal a estruturas mais profundas, os
núcleos basais (geralmente associados à motilidade e muitas outras funções), depois vai para o SNF e o tálamo e depois retorna para as regiões mais altas do córtex. Assim, por exemplo, informações visuais vindas dos olhos para o tálamo visual podem ser interceptadas quase instantaneamente se não estiverem relacionadas à tarefa que está sendo executada. Os núcleos basais podem intervir e ativar o SNF para filtrar os estímulos externos, de acordo com as instruções do córtex pré-frontal.
"Este é um caminho de feedback interessante que, na minha opinião, ninguém jamais descreveu antes", disse
Richard Krautslis , neurocientista do National Eye Institute dos Institutos Nacionais de Saúde de Maryland, que não participou do estudo.
Além disso, os pesquisadores descobriram que o mecanismo não filtra apenas um sentimento, a fim de aumentar a atenção para outro: ele também filtra informações dentro desse sentimento. Quando os ratos foram informados de que precisavam prestar atenção a certos sons, o SNF ajudou a suprimir o ruído de fundo no sinal sonoro. O resultado do processamento dos dados de entrada dos órgãos sensoriais "pode ser muito mais preciso do que simplesmente suprimir toda a região do tálamo para uma modalidade sensorial, que é uma forma de supressão bastante grosseira", disse
Duje Tadin , neurocientista da Universidade de Rochester.
"Frequentemente, não prestamos atenção em como nos livramos de coisas menos importantes", acrescentou. "E acho que há uma maneira mais eficiente de lidar com informações." Se você estiver em uma sala barulhenta, tente elevar a voz para poder ser ouvido - ou tente eliminar a fonte de ruído. Tadin estuda a supressão dos efeitos de segundo plano em outros processos que ocorrem automaticamente e também mais rapidamente que a atenção seletiva.
As descobertas de Halassa sugerem que o cérebro desliga informações externas mais cedo do que se pensava. "O que é interessante", disse
Jan Fiebelkorn , um neurocientista cognitivo da Universidade de Princeton, "a filtragem começa neste primeiro passo, antes que a informação chegue ao córtex visual".
Existe um ponto fraco óbvio na estratégia de ejeção do cérebro para informações sensoriais - ou seja, o perigo de que os dados descartados possam se revelar inesperadamente importantes. O trabalho de Fiebelkorn sugere que o cérebro tem uma maneira de segurar esses riscos.
Fiebelkorn diz que as pessoas imaginam os holofotes como um constante raio de luz, destacando os locais onde o animal deve direcionar seus recursos cognitivos. "Mas minha pesquisa mostra que não é assim", disse ele. "Aparentemente, esse foco está piscando."
Segundo suas descobertas, o foco dos holofotes se torna mais fraco que quatro vezes por segundo, provavelmente para que o animal não se concentre muito em um local ou em um estímulo. Essa breve supressão de informações importantes estimula estímulos periféricos e cria a capacidade do cérebro de voltar sua atenção para outra coisa, se necessário. "O cérebro aparentemente foi projetado para se distrair periodicamente", disse ele.
Fibelcorn e colegas estudam regiões subcorticais com o objetivo de revelar a estrutura das redes neurais. Até agora, eles estão estudando o papel de outra seção do tálamo, mas planejam no futuro, como a equipe de Halassa, lidar com os gânglios da base.
Pensando em ação
Esses trabalhos marcam uma mudança significativa na neurobiologia: uma vez que os processos de atenção foram considerados o domínio exclusivo do córtex. No entanto, de acordo com Krautslis, nos últimos cinco anos "tornou-se um pouco mais óbvio que tudo isso está acontecendo sob o latido".
"A maioria das pessoas quer que o córtex cerebral faça todo o trabalho duro, mas não acho que seja realista", disse
John Maunsel , neurocientista da Universidade de Chicago.
Halassa com uma matriz de vários eletrodos, com a qual ele e seus colegas controlavam a atividade cerebralA descoberta por Halassa do papel dos gânglios da base no trabalho de atenção é particularmente interessante. Em particular, porque é uma parte tão antiga do cérebro que não era considerada parte da rede responsável pela atenção seletiva. "Os peixes também têm", disse Krautslis. “Até os primeiros vertebrados, incluindo lampreias que nem têm mandíbula” - ou um neocórtex - “eles têm essencialmente uma versão simples dos gânglios da base e algumas dessas mesmas redes neurais”. As redes neurais de peixes podem nos dizer como a atenção evoluiu.
Halassa está particularmente interessado no fato de que a conexão entre a atenção e os gânglios da base pode se abrir para nós no campo de doenças como transtorno do déficit de atenção e autismo, que geralmente se manifestam como hipersensibilidade a certos dados sensoriais recebidos.
Mas talvez o mais interessante de todos, com relação à participação dos gânglios da base nesses processos, seja que essa estrutura esteja geralmente associada ao controle motor, e alguns dos estudos mais recentes a associem cada vez mais ao aprendizado com recompensas, tomada de decisão e outros tipos motivacionais comportamento.
Após o trabalho realizado no laboratório de Halassa, o papel dos gânglios da base foi ampliado para incluir o gerenciamento de dados sensoriais. Isso ressalta o fato de que “a atenção realmente consiste em mudar de um para o outro na ordem correta, durante a qual você não se distrai com algo que não deve distraí-lo”, disse Maunsel. “A ideia de incluir estruturas de motilidade nesse processo faz sentido - elas devem estar no centro do processo de tomada de decisão sobre o que você fará no próximo momento e sobre o que você deve concentrar os recursos sensoriais.”
Isso coincide com a crescente popularidade da atenção à atenção - e ao pensamento em geral - como processos baseados nos chamados "Resultados ativos." O cérebro não apenas coleta passivamente amostras de informações do ambiente, respondendo aos estímulos externos recebidos. O processo inverso também ocorre - pequenos movimentos físicos, como piscar, também controlam a percepção. Os sistemas sensoriais e motores "não funcionam separadamente, eles evoluíram juntos", disse Fiebelkorn. Portanto, as regiões responsáveis pela motilidade não apenas ajudam a moldar os parâmetros de saída (comportamento animal); eles também ajudam a moldar e contribuir. As descobertas de Halassa fornecem mais evidências para um papel tão proativo.
"A percepção é boa para a ação, porque precisamos de alguma forma imaginar o mundo para agir nele", disse
Helin Slagter ,
cientista cognitivo da Universidade de Amsterdã. "E, na maioria das vezes, aprendemos a perceber o mundo ao nosso redor através da ação." Um grande número de conexões internas com o córtex cerebral sugere que, além de controlar a atenção, "essas estruturas subcorticais desempenham um papel muito maior nas funções cognitivas mais altas do que costuma ser considerado".
E isso, por sua vez, pode nos dar idéias sobre a consciência, o tópico mais esquivo da pesquisa em neurobiologia. Como segue um estudo de Halassa e outros, "quando estudamos a correlação de conexões e atenção neurais, na verdade estamos estudando, até certo ponto, a correlação de conexões e percepção neurais", disse Maunsel. "Isso faz parte de uma história maior, tenta entender como o cérebro funciona".
Slagter está agora estudando o papel dos gânglios da base no trabalho da consciência. “Ao perceber o mundo, não usamos apenas nossos corpos, sentimos isso através dos corpos. E o cérebro constrói uma representação do mundo para atuar de maneira significativa nele ”, disse ela. "Consequentemente, a percepção consciente deve estar intimamente ligada às ações", como a atenção. "A consciência deve ser orientada para a ação."