Um paradigma centenário foi derrubado – a forma do cérebro é mais importante do que a conectividade neural

Os pesquisadores descobriram que a forma do cérebro de uma pessoa influencia muito o pensamento, o sentimento e o comportamento, derrubando o foco predominante na comunicação neural complexa. Usando varreduras de ressonância magnética e o princípio da autocodificação, eles descobriram que a função cerebral está intimamente ligada às suas propriedades geométricas, assim como a forma de um instrumento musical determina seu som, fornecendo novos caminhos para investigar a função cerebral e as doenças.

A forma do nosso cérebro, e não as interações entre diferentes regiões, desempenha um papel fundamental na influência de nossos pensamentos, emoções e ações.

Por mais de cem anos, os cientistas acreditaram que nossos pensamentos, sentimentos e sonhos são moldados pela maneira como diferentes regiões do cérebro interagem em uma vasta rede de trilhões de conexões celulares.

No entanto, um estudo recente liderado pela equipe do Turner Institute of Brain and Mental Health da Monash University examinou mais de 10.000 mapas distintos da atividade cerebral humana e descobriu que a forma geral do cérebro de um indivíduo tem mais influência nos processos cognitivos, emoções e comportamento do que a complexa conectividade neural.

O estudo, que foi recentemente publicado na prestigiada revista, natureza Ele reúne abordagens da física, neurociência e psicologia para derrubar o paradigma centenário que enfatiza a importância da conectividade complexa do cérebro e, em vez disso, identifica a relação anteriormente subestimada entre a forma e a atividade do cérebro.

O principal autor e pesquisador, James Pang, do Turner Institute e da Monash University’s School of Psychological Sciences, disse que as descobertas foram importantes porque simplificaram muito a maneira como podemos estudar como o cérebro funciona, se desenvolve e envelhece.

Alex Fornetto (à esquerda) e James Pang estudaram mais de 10.000 imagens de ressonância magnética para determinar a importante forma do cérebro. Crédito: Monash University

“O trabalho abre oportunidades para entender os efeitos de doenças como demência e derrame, observando modelos da forma do cérebro, que são muito mais fáceis de trabalhar do que modelos de todo o conjunto de conexões no cérebro”, disse o Dr. Pang.

“Há muito tempo pensamos que certos pensamentos ou sensações desencadeiam atividades em partes específicas do cérebro, mas este estudo revela que padrões organizados de atividade são estimulados em quase todo o cérebro, da mesma forma que uma nota musical surge de vibrações que ocorrem ao longo de todo o comprimento de uma corda de violino, em vez de apenas uma parte isolada”, disse ele.

A equipe de pesquisa usou imagens de ressonância magnética (MRI) para estudar modos próprios, que são os padrões naturais de vibração ou excitação em um sistema, nos quais diferentes partes do sistema são excitadas na mesma frequência. Os automódulos são normalmente usados ​​para estudar sistemas físicos em campos como física e engenharia, e só recentemente foram adaptados para estudar o cérebro.

Este trabalho se concentrou em desenvolver a melhor maneira de construir modos próprios para o cérebro de forma eficiente.

O coautor do estudo, Kevin Aquino, da BrainKey e da Universidade de Sydney, disse: “Assim como as frequências ressonantes das cordas do violino são determinadas por seu comprimento, densidade e tensão, os modos próprios do cérebro são determinados por suas propriedades estruturais – físicas, geométricas e anatômicas –, mas as propriedades específicas mais importantes permanecem um mistério”.

A equipe, liderada pelo professor Alex Fornetto do Turner Institute e da ARC School of Psychological Science, comparou como os perfis subjetivos obtidos de modelos de forma cerebral podem explicar diferentes padrões de atividade quando comparados com perfis subjetivos obtidos de modelos de conectividade cerebral.

“Descobrimos que os modos próprios definidos pela geometria do cérebro – seus contornos e curvatura – representam a restrição anatômica mais forte na função cerebral, assim como a forma de um cilindro afeta os sons que ele pode fazer”, disse o professor Fornetto.

“Usando modelos matemáticos, confirmamos as previsões teóricas de que a estreita conexão entre geometria e função é impulsionada por atividades semelhantes a ondas que se propagam por todo o cérebro, assim como a forma de um lago afeta as ondulações das ondas formadas por uma pedra que cai”, disse ele.

“Essas descobertas levantam a possibilidade de prever a função cerebral diretamente de sua forma, abrindo novos caminhos para explorar como o cérebro contribui para diferenças individuais de comportamento e risco de doenças psiquiátricas e neurológicas”.

A equipe de pesquisa descobriu que, em mais de 10.000 mapas de atividades de ressonância magnética, obtidos enquanto os participantes realizavam várias tarefas desenvolvidas por neurocientistas para explorar o cérebro humano, a atividade era dominada por padrões subjetivos com padrões espaciais que tinham comprimentos de onda muito longos, estendendo-se por distâncias superiores a 40 milímetros.

“Esta descoberta vai contra a sabedoria convencional, na qual a atividade durante várias tarefas é frequentemente considerada como ocorrendo em regiões focais e isoladas de atividade elevada, e nos diz que os métodos tradicionais de mapeamento cerebral podem mostrar apenas a ponta do iceberg quando se trata de entender como o cérebro funciona”, disse o Dr. Pang.

Referência: “Limitações de engenharia nas funções cerebrais humanas” Por James C. Pang, Kevin M. Aquino, Marian Oldenkel, Peter A. Robinson, Ben de Fulcher, Michael Breakspeare, Alex Fornetto, 31 de maio de 2023, disponível aqui. natureza.
DOI: 10.1038/s41586-023-06098-1