Novas evidências para a criticidade do cérebro Pesquisa

Pesquisadores observam um ponto crítico na atividade elétrica do cérebro durante transição do estado adormecido para o desperto.

Ao acordarmos nossos cérebros passam do estado de sono para o estado de alerta e desperto. Pesquisadores pensam que essa transição é contínua, o que significa que ela é marcada por uma transição de estados, com propriedades únicas, chamado de “ponto crítico”. Acontece que os dados permanecem inconclusivos.

Pesquisa recente, publicada na Physical Review Letters, relata novos dados que acrescentam peso ao argumento do “cérebro crítico”. Pesquisadores da UFPE, UFRN e UFRPE, em parceria com o Universidade do Minho (UMinho, Portugal) e o Institut d’investigacions Biomèdiques August Pi i Sunyer (IDIBAPS, Espanha), descobriram que o cérebro de ratos passam por um ponto crítico quando se alternam entre os extremos da sincronização neuronal. Este resultado pode ajudar apontar mecanismos subjacentes ao ponto crítico do cérebro.

O potencial elétrico da membrana dos neurônios se alteram rapidamente quando eles são devidamente estimulados. Quando esta mudança brusca de potencial ocorre dizemos que o neurônio ‘dispara’. Quando observamos muitos neurônios juntos (em população) encontramos uma grande diversidade de níveis de sincronia em seus disparos. Estes diferentes estados são substrato dos diferentes comportamentos dos mamíferos, incluindo nós humanos. Ao analisar os disparos de grandes populações de neurônios no córtex visual primário de ratos anestesiados, acumulando um grande conjunto de dados com uma ampla diversidade de estados, os  pesquisadores descobriram mais detalhes sobre a transição entre estados muito diferentes em seus níveis de sincronia. Isso ficou evidente quando observaram propriedades das “avalanches” nos disparos neuronais, ou seja, disparos que ocorrem em rápida sucessão e que são precedidos e seguidos pelo silêncio. O número de disparos em cada avalanche determinou o “tamanho”, e a duração de cada avalanche o “tempo de vida”.

Anestesiados

Quando o cérebro de ratos anestesiados passou de um estado síncrono para assíncrono (e vice-versa), a equipe descobriu que as distribuições do tamanho da avalanche e da vida seguiam leis de potência, sinalizando a chamada invariância de escala – uma assinatura clássica de um ponto crítico. O mesmo se confirmou em primatas não-humanos anestesiados e mesmo em roedores se comportando livremente.

Além disso, os expoentes de suas leis de potência observadas diferem daqueles encontrados em experimentos anteriores, indicando que a transição de fase pertence a outra “classe de universalidade”. Os pesquisadores ainda não sabem, no entanto, qual poderia ser essa classe.

Com o título “Criticalidade entre estados corticais”, a pesquisa tem como autores os pesquisadores da UFPE, Antonio Fontenele (primeiro autor), Thaís Feliciano, Leandro Aguiar, Pedro Carelli e Mauro Copelli; o neurocientista do Instituto do Cérebro da UFRN, Sidarta Ribeiro, e as pesquisadoras Carina Soares-Cunha, Bárbara Coimbra, Ana João Rodrigues e Nuno Sousa, do ICVS/UMinho, Portugal; Nivaldo Vasconcelos (também primeiro autor) fez parte da colaboração institucional entre a UFPE e o ICVS/UMinho (Portugal), enquanto Leonardo Dalla Porta fez parte da parte da colaboração institucional entre a UFPE e o IDIBAPS (Espanha). O trabalho também contou com importante apoio da UFRPE.

O artigo está disponível para assinantes.

(Fonte: ICe-RN)