Plasticidade do Cérebro

NEUROCIÊNCIA

     A plasticidade cerebral é a capacidade que o cérebro tem em se remodelar em função das experiências do sujeito, reformulando as suas conexões em função das necessidades e dos factores do meio ambiente.    Há alguns anos atrás, admitia-se que o tecido cerebral não tinha capacidade regenerativa e que o cérebro era definido geneticamente, ou seja, possuía um programa genético fixo. No entanto, não era possível explicar o facto de pacientes com lesões severas obterem, com técnicas de terapia, a recuperação da função.
      Porém, o aumento do conhecimento sobre o cérebro mostrou que este é muito mais maleável do que até então se imaginava, modificando-se sob o efeito da experiência, das percepções, das acções e dos comportamentos.
   Deste modo, podemos referir que a relação que o ser humano estabelece com o meio produz grandes modificações no seu cérebro, permitindo uma constante adaptação e aprendizagem ao longo de toda a vida. Assim, o processo da plasticidade cerebral torna o ser humano mais eficaz.
      A plasticidade cerebral explica o facto de certas regiões do cérebro poderem substituir as funções afectadas por lesões cerebrais. Como tal, uma função perdida devido a uma lesão cerebral pode ser recuperada por uma área vizinha da zona lesionada. Contudo, a recuperação de certas funções depende de alguns factores, como a idade do indivíduo, a área da lesão, o tempo de exposição aos danos, a natureza da lesão, a quantidade de tecidos afectados, os mecanismos de reorganização cerebral envolvidos, assim como, outros factores ambientais e psicossociais.
      Porém, a plasticidade cerebral não é apenas relevante em caso de lesões cerebrais, uma vez que ela está continuamente activa, modificando o cérebro a cada momento. Os mecanismos através dos quais ocorrem os fenómenos de plasticidade cerebral podem incluir modificações neuroquímicas, sinápticas, do receptor neuronal, da membrana e ainda modificações de outras estruturas neuronais.

---

    Plasticidade Sináptica

     As sinapses são conexões especializadas que permitem transmitir informação entre os neurónios. São, por isso, estruturas dinâmicas que governam e moldam o fluxo de informação do circuito nervoso. 
     Sendo assim, a plasticidade sináptica consiste na capacidade de rearranjo por parte das redes neuronais. Ou seja, perante cada experiência nova do indivíduo, as sinapses são reforçadas, permitindo a aquisição de novas respostas ao meio ambiente. 
     Por isso, a plasticidade sináptica constitui um dos mecanismos mais importantes da plasticidade cerebral, permitindo igualmente que uma lesão ao nível da transmissão de informação neuronal seja recuperada através da criação de outras redes neuronais que possam substituir os danos causados pela lesão.
  

    Importância da terapia

     A reabilitação do cérebro lesionado pode promover a reconexão de circuitos neuronais danificados. Quando há uma pequena perda de conectividade neuronal, esta tende a ser recuperada de uma forma autónoma.
     No entanto, quando essa perda é de maior grau, tenderá a tornar-se uma perda permanente, daí a impossibilidade de recuperar certas funções depois de determinados acidentes ou doenças provocarem elevados danos neurológicos.
      Mesmo assim, em muito destes casos, as lesões aparentemente irreparáveis podem tornar-se potencialmente recuperáveis. Para isso, necessitam de objectivos precisos de tratamento, proporcionados por  diversos tipos de terapia (fisioterapia, psicoterapia, osteopatia, entre muitos outros), que mantêm níveis adequados de estímulos facilitadores e inibidores de funções nos neurónios. 

Avanço em interface cérebro-computador permite que pessoas com paralisia digitem com maior rapidez e precisão

Um artigo sobre uma pesquisa clínica liderada por estudiosos da Universidade Stanford demonstrou que uma conexão cérebro-computador pode permitir que pessoas com paralisia digitem diretamente, por controle cerebral, alcançando os maiores níveis de precisão e velocidade relatados até hoje.

O artigo aborda  três participantes do estudo com grave fraqueza nos membros - em dois a causa era a esclerose lateral amiotrófica (ELA), também chamada de doença de Lou Gehrig, e no terceiro se devia a dano na medula espinhal. Cada um deles teve um ou dois conjuntos de eletrodos, do tamanho de uma aspirina, colocados em seus cérebros para registrar sinais do córtex motor, região que controla movimentos musculares. Esses sinais foram transmitidos a um computador através de um cabo e traduzidos por algoritmos em comandos de apontar-e-clicar para guiar um cursor a caracteres em um teclado na tela.

Cada participante, após o mínimo de treinamento, dominou a técnica o suficiente para superar os resultados de qualquer teste anterior de interfaces cérebro-computador (BCIs, na sigla em inglês) para melhorar a comunicação de pessoas com deficiências de movimentos similares. Notavelmente, os participantes do estudo conseguiram esses níveis de digitação sem a assistência automática de conclusão de palavras comum nos teclados eletrônicos de hoje em dia, o que provavelmente elevaria a sua performance.

Um dos participantes, Dennis Degray - de Menlo Park, na Califórnia - conseguiu digitar 39 caracteres corretos por minuto, o que equivale a aproximadamente oito palavras em inglês por minuto.

"Um importante marco"

A abordagem de apontar-e-clicar poderia ser aplicada a uma variedade de dispositivos de computação, inclusive smartphones e tablets, sem modificações substanciais, dizem os pesquisadores de Stanford.

“O sucesso do nosso estudo assinala um importante marco no caminho para melhorar a qualidade de vida das pessoas com paralisia”, disse Jaimie Henderson, professor de neurocirurgia que realizou dois dos três procedimentos de implantação dos aparelhos. O terceiro aconteceu no Hospital Geral de Massachusetts.

Henderson e Krishna Shenoy, professor de engenharia elétrica, são co-autores sêniors do estudo, que foi publicado na iLife em 21 de fevereiro. Os autores principais são o antigo pós-doutorando Chethan Pandarinath, e o pós-doutorando Paul Nuyujukian, - ambos passaram mais de dois anos trabalhando no projeto em Stanford.  

“O estudo relata maior velocidade de precisão, por um fator de três, em relação ao que havia sido mostrado antes”, disse Shenoy, pesquisador do Instituto de Medicina Howard Hughes que tem buscado melhorar BCIs por 15 anos e trabalhando com Henderson desde 2009. “Estamos nos aproximando da velocidade na qual você digita no seu celular.”

“O desempenho é realmente empolgante”, disse Pandarinath, que agora tem uma nomeação conjunta na Universidade Emory e no Instituto de Tecnologia da Geórgia como professor assistente de engenharia biomédica. “Estamos conquistando níveis de comunicação os quais muitas pessoas com paralisia nos braços e mãos achariam úteis. Esse é um passo crítico para fazer aparelhos que possam ser adequados para o uso no mundo real.”

O laboratório de Shenoy foi pioneiro nos algoritmos usados para decodificar as voltas complexas de sinais elétricos disparados pelas células nervosas no córtex motor, o centro de comando do cérebro para movimento, e convertê-los, em tempo real, em ações comuns executadas pela medula espinhal e músculos.

“O uso desses algoritmos de alta performance de BCI em testes clínicos em humanos demonstra o potencial desse tipo de tecnologia restaurar a comunicação para pessoas com paralisia”, disse Nuyujukian.

Acidente que muda a vida

Milhões de pessoas com paralisia vivem nos Estados Unidos. Algumas vezes, a sua paralisia acontece gradualmente, como é o caso da ELA. Outras vezes, ela chega repentinamente, como aconteceu como Degray.

Hoje com 64 anos, Degray se tornou quadriplégico em 10 de outubro de 2001, quando caiu e teve uma lesão na medula espinhal que mudou sua vida. “Eu estava levando o lixo para fora, na chuva”, ele disse. Segurando o saco de lixo em uma mão e a lata em outro, escorregou na grama e caiu sobre seu queixo. O impacto poupou seu cérebro, mas lesionou gravemente sua coluna vertebral, cortando toda a comunicação entre seu cérebro e a musculatura da cabeça para baixo.

“Não há nada acontecendo abaixo da clavícula”, ele disse.

Degray recebeu dois implantes nas mãos de Henderson em agosto de 2016. Nas várias sessões de pesquisa seguintes, ele e os outros dois participantes do estudo, os quais passaram por cirurgias similares, foram encorajados a experimentar ou visualizar padrões de movimentos de braço, mão e dedo desejados. Sinais neurais resultantes do córtex motor foram extraídos eletronicamente por gravadores embutidos, sendo transmitidos para um computador e traduzidos pelos algoritmos de Shenoy em comandos, dirigindo um cursor em teclado na tela para os caracteres específicos do participante.

Os pesquisadores mediram as velocidades nas quais os pacientes foram capazes de copiar corretamente frases e sentenças - por exemplo, “A rápida raposa marrom pulou sobre o cachorro preguiçoso.” Os níveis médios foram de 7,8 palavras por minutos para Dregay e 6,3 e 2,7 palavras por minutos, respectivamente, para os outros dois participantes.

Um pequeno chip de silicone

O sistema de pesquisa utilizado no estudo, uma interface intracortical de cérebro-computador chamada de BrainGate Neural Interface System, representa a mais nova geração de BCIs. As antigas gerações primeiramente pegavam sinais através de terminais elétricos colocados no couro cabeludo, depois cirurgicamente posicionados na superfície do cérebro, abaixo do crânio.

Um BCI intracortical utiliza um pequeno chip de silicone, com pouco mais de um sexto de uma polegada quadrada, do qual saem 100 eletrodos que penetram o cérebro na espessura de uma moeda de 25 centavos e chegam na atividade elétrica de células nervosas individuais no córtex motor.

Henderson compara a melhora da resolução de detecção neural resultante, em relação às gerações mais antigas de BCIs, a passar a distribuir medidores de aplausos a membros individuais de um público de estúdio ao invés de apenas colocá-los no teto, “para que você possa dizer quão forte e rápido cada pessoa está batendo palmas.”

Shenoy disse que chegará o dia - aproximadamente daqui 10 anos, ele previu - em que um sistema totalmente sem fio poderá ser usado sem a assistência de um cuidador, todo o dia e  não terá nenhum impacto cosmético.

“Eu não vejo desafio intransponível algum”, ele disse. “Conhecemos os passos que devemos dar para chegar lá.”

Degray, que continua a participar ativamente na pesquisa, já sabia digitar antes de seu acidente, mas não era um especialista. Ele descreveu sua recentemente descoberta destreza na linguagem de um aficionado por video games.

“Este é um dos video games mais legais que já pude jogar”, ele disse “E eu nem preciso colocar uma moeda nele.”

Os resultados do estudo são o ponto alto de uma colaboração de longa duração entre Henderson e Shenoy e um consórcio multi-institucional chamado BrainGate. Leigh Hochberg, neurologista e neurocientista no Hospital Geral de Massachusetts, na Universidade Brown  e no Centro de Pesquisa em Reabilitação e Desenvolvimento para Neurorestauração e Neurotecnologia em Province, Rhode Island, dirige o teste clínico piloto dos sistema BrainGate e é co-autor do estudo

“Essa incrível colaboração continua a abrir novos caminhos para desenvolver interfaces neurais poderosas, intuitivas e flexíveis, as quais esperamos que, um dia, recuperem comunicação, mobilidade e independência para pessoas com doenças ou lesões neurológicas”, disse Hochberg.



Stanford University

Do You Suffer from Trump Syndrome?

“You know, I’m not a big sleeper,” Donald Trump said last November. “I like three hours, four hours, I toss, I turn, I beep-de-beep, I want to find out what’s going on.”

It’s a classic set-up for sleep deprivation, and an article by Timothy Egan in the New York Times last February suggested explicitly that this might explain Trump’s erratic, irrational-seeming behavior such as lashing out at allies or potential allies, lack of remorse and grandiose thinking.

So now, during morning Neurology rounds, my colleagues and I often joke about whether patients of a particular temperament are suffering from what we called “Trump Syndrome”—a ravenous late-night craving for stimulation that results in a sometimes sporadic, often slender sleep schedule.

We certainly know what it feels like. Residency gives you an immersion course in Trump Syndrome, where strange things happen, especially when switching from day to night shift.

At the beginning of my two-week block of nights, I once sat down to document a patient’s history and physical exam, only to realize I hadn’t done the physical exam. Strange.

After urgently running down three flights of stairs and galumphing into the intensive care unit, I couldn’t remember why I had gone there. Huh.

Did I really space out long enough for my screen saver to come on? Bizarre.

Such moments had a tingling, stretched-out texture, as if time had somehow pulled apart my train of thought like salt water taffy.

Towards the end of my second week, I Googled “sleep deprivation” and discovered that neuroscientists deprive healthy people of sleep as asurrogate model of psychosis. And that’s when I first discovered Timothy Egan’s piece. It all started to come together.

Sleep deprivation is an area of intensive research. For millions of years, our brains evolved to work during the day, sleep at night. In most parts of the world, daylight lasts about 15 hours (depending on where you live), so there was no reason to have a brain that lasted much longer. That is, until the light bulb was invented.

Charles Czeisler of Harvard Medical School credits electric lighting fueled by cheap energy for sleep depriving much of our world. “Technology,” he wrote, “has effectively decoupled us from the natural 24-hour day to which our bodies evolved, driving us to go to bed later. And we use caffeine in the morning to rise as early as we ever did, putting the squeeze on sleep.”

I am, in fact, writing this long after sunset and know I will need at least a double espressos to squeeze through morning rounds.

The U.S. Center for Disease Control (CDC) reports that, in a survey of nearly 75,000 people, 35% of respondents reported less than seven hours of sleep per night with nearly 30% reporting less than six. A startling 38% of adults reported unintentionally falling asleep during the day.

It appears the screen saver phenomenon is endemic, hopefully less so in leaders of the free world.

Sleep deprivation rapidly restructures brain function. Neuroscientists at the Universities of Oslo and Oxford used functional MRI to study how the brain changes with sleep deprivation. They scanned sixty people in the morning, evening, and following morning after some had slept a full night and some had not slept at all.

The difference in brain function was startling and involved nearly every neural system. So stark that—based on brain function alone—a machine learning algorithm identified sleep deprived from well-rested participants with 90% accuracy. In the machine-learning world, 90% accuracy isYUGE! A big, big, large, very large signal.

Brain regions associated with judgment, memory, and emotion are the most strongly affected by sleep deprivation. It’s as if sleep deprivation slows our cognitive machine to a grind and—as the researchers showed—sleep allows brain networks to reset to their healthy rhythms.

It’s easy to cite studies that sleep deprivation deteriorates memory consolidation, reaction time, the ability to think creatively, and evenrecognize another’s emotions.

Sleep deprivation also has subtle effects, like shifting our economic preference from defending against losses to seeking increased gain; shifting the art of any deal towards aggression, away from balanced thought.  

So the next time you consider sending that late-night Tweet or (hopefully not) work-related email, don’t succumb to “Trump Syndrome.” Remember: being awake longer than about 15.8 hours comes at a cost, even if you don’t feel sleepy.

The views expressed are those of the author(s) and are not necessarily those of Scientific American.

Worldwide Brain-Mapping Project Sparks Excitement—and Concern

In recent years, brain-mapping initiatives have been popping up around the world. They have different goals and areas of expertise, but now researchers will attempt to apply their collective knowledge in a global push to more fully understand the brain.

Thomas Shannon, US Under Secretary of State, announced the launch of the International Brain Initiative on September 19 at a meeting that accompanied the United Nations’ General Assembly in New York City.

Details—including which US agency will spearhead the programme and who will pay for it—are still up in the air. However, researchers held a separate, but concurrent, meeting hosted by the US National Science Foundation at Rockefeller University to discuss which aspects of the programmes already in existence could be aligned under the global initiative. The reaction was a mixture of concerns over the fact that attempting to align projects could siphon money and attention from existing initiatives in other countries, and anticipation over the possibilities for advancing our knowledge about the brain.

“I thought the most exciting moment in my scientific career was when the president announced the BRAIN Initiative in 2013,” says Cori Bargmann, a neuroscientist at the Rockefeller University in New York City and one of the main architects of the US Brain Research through Advancing Innovative Neurotechnologies (BRAIN) Initiative. “But this was better.”

A WEALTH OF IDEAS

One of several goals for the intitiative is the creation of universal brain-mapping tools. Promising experimental tools exist, but labs make their own variations in-house and also tend to run experiments in their own ways. This makes it harder for different teams to collaborate or exchange information. At the Rockefeller meeting, physicist Michael Roukes at the California Institute of Technology in Pasadena noted that the industrial revolution only took off once factories with interchangeable components began replacing companies that had one-off machines. “We’re still in the neuroscience craft era,” he says. “Everyone has their secret sauce.”

Another idea proposed at the meeting is the creation of an International Brain Observatory, with tools such as powerful microscopes and supercomputing resources that scientists from around the world could access—similar to the way that astronomers share telescope time. “If you just give people the basic tools, they’ll do better science,” says Alan Evans, a neurologist at McGill University in Montreal, Canada.

Scientists cheered the idea of a virtual, cloud-based data-sharing resource, analogous to the GenBank genomics resource. It can be difficult to align data as each neurology lab has a preferred method of collecting, formatting and analysing their datasets. But Joshua Vogelstein, a neuroscientist at Johns Hopkins University in Baltimore, proposes a virtual International Brain Station that could automatically convert data from human brain scans or animal gene expression into standardized formats that would allow more people to analyse it.

DIFFERENT PRIORITIES

But many attendees worried that marshalling the numerous proposals under one umbrella could backfire. Existing brain-research programmes have different priorities: Japan and China, for instance, are investing heavily in primate research, whereas the United States tends to avoid it for ethical reasons. The European Union’s flagship Human Brain Project (HBP) is focused on understanding the basic science of how the brain works, whereas Canada is mainly interested in creating technologies that can be applied to medicine.

Other concerns expressed at the US-led Rockefeller meeting, intended to marshal support and ideas for the new International Brain Initiative, felt that some attendees were ignoring existing resources. Canada’s nine-year-old CBRAIN programme serves as a clearinghouse for data and methods, and is already used by neuroscientists in 22 countries and the HBP. But Evans says that it is similar to the International Brain Station proposed at the Rockefeller meeting. “It’s like, let’s reinvent the wheel,” he says.

Others worry that the supposedly global initiative would exclude developing countries. “If the only way to do international is for each country to put in $300 million, that will not be international,” says Sandhya Koushika of the Tata Institute of Fundamental Research in Mumbai, India.

Although smaller countries cannot afford to map a marmoset brain, as Japan is doing, Koushika says that they could contribute to resources with patients, model organisms and efforts to design more affordable technologies.

Bargmann says that the point of the Rockefeller meeting was to get a sense of the kinds of programmes already out there, and notes that future meetings will be more focused once they know who will participate.

Overall, scientists are hopeful that this new global initiative will enable them to take brain mapping to the next level. Since several brain research projects have been around for a while, it's easier to compare their strengths and weaknesses and begin to talk pragmatically about what we need to align them, says Christoph Ebell, executive director of the HBP.  “I think it is the right moment.”

This article is reproduced with permission and was first published on 

U.S. Cracking Down on “Brain Training” Games

The brain-training giant Lumosity is recalibrating its strategy and facing new challenges as it reels from a federal crackdown on bold health claims about its digital games.

The company behind the Lumosity brand, Lumos Labs, has dramatically cut back on TV advertising. It is facing sharp questions about its much-touted research, which found that users enjoyed a bump in IQ. And there are signs that the growth of Lumosity’s once impressive mobile app business may have stalled.

Meanwhile, the Federal Trade Commission is preparing to send out rebates to thousands of customers who may have been drawn to Lumosity by its misleading ads. The agency has verified 13,000 requests for refunds, which will be funded by $2 million from Lumosity, but has yet to disclose how much each customer will receive.

The FTC has moved against other digital health tools, too. In May, the marketer of the LearningRx suite of brain-training games agreed to a $200,000 settlement for making false claims about what the games could do to improve conditions like ADHD and Alzheimer’s disease.

But Lumos Labs is the biggest player, by far, targeted by federal regulators.

The privately held company, based in San Francisco, has drawn in 70 million people over the past decade to play games that challenge users to remember sequences of brightly colored animations, or to ignore visual distractions and click only on certain objects. The FTC charged that Lumosity oversold the benefits of the games. The company’s website, for instance, used to claim that the brain training could “ward off cognitive decline.” One ad featured a man who suffered from a stroke “and now uses Lumosity to regain lost mental function.”

TV ADVERTISING PLUNGES

Since settling with the FTC in January, Lumosity has retrenched.

Lumosity has paid for only about $541,000 worth of TV ads so far this year, compared to about $11.8 million during the same period last year, according to the media research firm iSpot.tv. (The iSpot data reflect the list price of TV ad space, and don’t account for any discounts.)

It hasn’t used aggressive health claims for some time; the company’s biggest purchase of TV airspace this year has been for a commercial that urges viewers to “Take a 10-minute Lumosity fit test to challenge memory, attention, and more.”

A spokeswoman said Lumosity would be reevaluting its ad strategy in the coming months.

Meanwhile, Lumosity’s smartphone app may be struggling. Just 1.1 million users used the app in May, compared to about 1.8 million active users last November, according to an estimate from SurveyMonkey Intelligence.

And while Lumosity boasted of 2 million new downloads of its iPhone app in a single month in 2013, there were only 400,000 new downloads of the app across all Apple and Android devices last month, according to an estimate from app tracking firm Sensor Tower.

Lumosity spokeswoman Sara Colvin disputed the user number estimates, saying usage has been broadly stable all year, but she declined to disclose internal data that she first told STAT had been planned for public release around July.

To be sure, TV ads and mobile users offer just a snapshot of the overall performance of the Lumosity brand, which includes dozens of online and mobile games. So it’s hard to say how all the turmoil is affecting the company’s bottom line. Colvin said that “business is strong.”

BRAIN-BOOSTING OR PLACEBO EFFECT?

Lumosity’s promotions still emphasize its research—which may itself be on shaky ground.

Researchers at George Mason University reported in June that much of the benefit of brain-training games may be attributable to a placebo effect, something that many companies and university scientists fail to account for in their research. The study found that participants who were recruited for a study promising “brain training & cognitive enhancement” gained the equivalent of a 5- to 10-point IQ boost after an hour of playing the game, compared to no boost for participants who played the same game without the hype.

That calls into question a large study, conducted and funded by Lumosity and published earlier this year, that showed participants who played a cognitive training program performed better on measures of processing, memory, and reasoning than participants who had simply completed crossword puzzles.

The problem is that study participants were recruited from users who had created a free account on the brand’s website, a clearly self-selecting group whose expectations may have influenced the results of the trial, according to experts interviewed by STAT.

Colvin, the Lumos Labs spokeswoman, called the George Mason study “interesting” and said Lumosity welcomes “all research that serves to improve the quality of cognitive training research and, subsequently, the products available.”

Another recent study, funded by the federal government, did suggest that playing a specific kind of brain-training game could cut the risk of dementia years later, but the data have not yet been peer reviewed and some experts remain skeptical.

AN INDUSTRY BARRELING FORWARD

These days, Lumosity is “focused on research and development,” Colvin said.

Lumosity just hired a new vice president with a digital health background, and the brand is testing products in the areas of mindfulness and sleep. This spring it launched a new suite of games designed to help players practice language skills like identifying synonyms and learning root words.

Despite Lumosity’s struggles—and the efficacy questions plaguing the industry—the type of games it pioneered are thriving. 

Peak, a two-year-old brain-training app, this spring surpassed Lumosity in active monthly app users and downloads, according to SurveyMonkey Intelligence. One of Peak’s slogans: “Meet the future of brain training.”

Republished with permission from STAT. This article originally appeared on September 6, 2016

Estimulação elétrica do cérebro durante o sono pode melhorar a memória

Quando você dorme, seu cérebro está ocupado armazenando e consolidando as coisas que você aprendeu naquele dia, coisas que você precisará que estejam na sua memória amanhã, na próxima semana ou no próximo ano. Para muitas pessoas, especialmente aquelas com condições neurológicas específicas, defeitos na memória pode ser um sintoma debilitante que afeta o cotidiano de maneiras profundas. Pela primeira vez, cientistas da Escola de Medicina da Universidade da Carolina do Norte (UNC), EUA, reportaram usar estimulação transcraniana por corrente alternada (tACS, na sigla em inglês) para marcar uma parte específica do cérebro durante o sono e reforçar a memória em pessoas saudáveis.

Os achados, publicados na revista científica Current Biology, oferecem um método não invasivo para ajudar, potencialmente, milhões de pessoas com autismo, Alzheimer, esquizofrenia e depressão profunda.

Por anos, pesquisadores registraram atividade elétrica cerebral que oscila ou se alterna durante o sono; elas se apresentam como ondas em um eletroencefalograma (EEG). Essas ondas são chamadas de fusos de sono, e cientistas suspeitam que estejam envolvidos na catalogação e armazenamento de memórias enquanto dormimos.

"Mas nós não sabíamos se os fusos do sono só permitiam ou realmente faziam que as memórias fossem armazenadas ou consolidadas,” disse o autor sênior Flavio Frohlich, PhD, professor assistente de psiquiatria e membro do Centro de Neurociência da UNC. “Eles podem ser apenas meros produtos de outros processos cerebrais que permitem que o que nós aprendemos seja armazenado como memória. Mas nossos estudos mostram que, de fato, os fusos são cruciais no processo de criação de memórias que precisamos para o cotidiano. E nós podemos focar neles para melhorar a memória.”

Isso marca a primeira vez que uma equipe de pesquisa reportou focar especificamente em fusos do sono sem também incrementar outras áreas naturais de atividade elétrica do cérebro durante o sono. Isso nunca foi feito com estimulação transcraniana por corrente direta (tDCS, na sigla em inglês), a prima mais popular da tACS, em que uma corrente constante de baixa eletricidade é aplicada ao couro cabeludo.

Durante a pesquisa de Frohlich, 16 participantes homens foram submetidos a uma noite de sono com estimulação como parte de um estudo de duas noites.

Antes de irem dormir, os participantes realizaram dois exercícios comuns de memória  - testes de pareamento de palavras associadas e de sequências motoras, que envolvem bater os dedos repetidamente em uma superfície em uma determinada sequência. Durantes as duas noites de estudo, eletrodos foram colocados em locais específicos da cabeça dos participantes. Na primeira noite de sono, cada pessoa recebeu tACS - uma corrente alternada de baixa eletricidade sincronizada com os fusos de sono naturais do cérebro. Na segunda noite de sono, cada pessoa recebeu uma estimulação falsa, que serviu como placebo.

Em cada manhã, pesquisadores fizeram os participantes realizarem os mesmos testes de memória padrão. A equipe de Frohlich não encontrou melhora nos resultados do teste de pareamento de palavras associadas, mas descobriu uma melhora significativa nos testes motores, comparando os resultados da noite de estimulação e da de placebo.

"Isso demonstrou uma ligação causal direta entre a atividade elétrica dos fusos do sono e o processo de consolidação de memória motora.” diz Frohlich.

Caroline Lustenberger, PhD, primeira autora e colega pós-doutora de Frolich em seu laboratório, disse que estão “animados com isso porque sabemos que fusos de sono, junto com a formação da memória, são prejudicados em pessoas com doenças como esquizofrenia e Alzheimer. Nós esperamos que o foco nos fusos de sono possa se tornar um novo tipo de tratamento para déficits cognitivos e danos de memória.”

Frohlich diz que "o próximo passo é tentar a mesma intervenção, o mesmo tipo de estimulação cerebral não invasiva, em pacientes que tenham déficits conhecidos na padrão de atividade dos fusos.”

A equipe de Frohlich usou tACS anteriormente para focar nas oscilações Alfa naturais do cérebro, com objetivo de estimular a criatividade. Isso foi uma prova de conceito: mostrou que era possível focar nessas ondas cerebrais em particular, que são proeminentes no processo de criação de ideias, meditação e divagações. Essas ondas são prejudicadas em pessoas com doenças neurológicas e psiquiátricas, incluindo depressão.



Universidade da Carolina do Norte

Can We Learn How to Forget?

After reflexively reaching out to grab a hot pan falling from the stove, you may be able to withdraw your hand at the very last moment to avoid getting burned. That is because the brain's executive control can step in to break a chain of automatic commands. Several new lines of evidence suggest that the same may be true when it comes to the reflex of recollection—and that the brain can halt the spontaneous retrieval of potentially painful memories.

Within the brain, memories sit in a web of interconnected information. As a result, one memory can trigger another, making it bubble up to the surface without any conscious effort. “When you get a reminder, the mind's automatic response is to do you a favor by trying to deliver the thing that's associated with it,” says Michael Anderson, a neuroscientist at the University of Cambridge. “But sometimes we are reminded of things we would rather not think about.”

Humans are not helpless against this process, however. Previous imaging studies suggest that the brain's frontal areas can dampen the activity of the hippocampus, a crucial structure for memory, and therefore suppress retrieval. In an effort to learn more, Anderson and his colleagues recently investigated what happens after the hippocampus is suppressed. They asked 381 college students to learn pairs of loosely related words. Later, the students were shown one word and asked to recall the other—or to do the opposite and to actively not think about the other word. Sometimes between these tasks they were shown unusual images, such as a peacock standing in a parking lot.

As described in Nature Communications, the researchers found that the participants' ability to subsequently recall the peacocks and other strange pictures was about 40 percent lower if they had been instructed to suppress memories of words before or after seeing the images, compared with trials in which they had been asked to recall the words. The finding provides further evidence that a memory-control mechanism exists and suggests that trying to actively forget a particular memory can negatively affect general memory. The researchers call the phenomenon an “amnesic shadow” because it apparently blocks recollection of unrelated events happening around the time of decreased hippocampal activity. The results may explain why some people who have experienced trauma (and then tried to forget it) have poor memory of everyday events, say experts not involved in the study.

Minus the temporary amnesia, suppressing memories on demand could be a useful skill, Anderson says. That is why he and his colleague Ana Catarino are now studying whether it is possible to train people in the art of suppression: they are currently conducting an experiment in which they monitor participants' brain activity in real time and provide verbal feedback about how much hippocampal activity is dampened. They hypothesize that the cues could help someone learn how to become better at selectively forgetting the past—an ability that could especially ameliorate the pain of those with post-traumatic stress disorder.

This article was originally published with the title "Can We Learn How to Forget?"

Como o cérebro de um matemático se diferencia daquele de um mero mortal?

Alan Turing, Albert Einstein, Stephen Hawking, John Nash - esses mentes brilhantes nunca falham em encantar o público, mas elas também continuam elusivas. Como algumas pessoas vão de serem capazes de realizar operações aritméticas básicas para a resolução de conceitos matemáticos avançados e a capacidade de pensar em níveis de abstração que impressionam o resto da população? A neurociência começou a investigar se o cérebro de um grande matemático leva o pensamento conceitual a outro nível.

Especificamente, cientistas debatem há muito se a base do pensamento matemático avançado está ligado aos centros de processamento linguístico do cérebro - que pensar nesse nível de abstração requer representação linguística e um entendimento sintático - ou à regiões independentes associadas com raciocínio espacial e numérico. Em um estudo publicado recentemente na Proceedings of the National Academy of Sciences, uma dupla de cientistas da INSERM–CEA Cognitive Neuroimaging Unit, na França, relatou que as áreas do cérebro envolvidas com matemática são diferentes daquelas engajadas em pensamento não matemático igualmente complexo.

A equipe usou ressonância magnética funcional (fMRI) para escanear os cérebros de 15 matemáticos profissionais e 15 não matemáticos na mesma situação acadêmica. Enquanto eram escaneados, os indivíduos escutavam a uma série de 72 frases relacionadas à matemática avançada, divididas igualmente entre álgebra, análise, geometria e topologia, bem como 18 frases de alto nível não relacionadas à matemática (maior parte era histórica). Eles tiveram quatro segundos para refletir sobre cada sentença e determinar se ela era falsa, verdadeira ou sem sentido.

Os pesquisadores descobriram que ouvir à afirmações relacionadas à matemática ativou uma rede envolvendo as regiões cerebrais intraparietal bilateral, dorsal pré-frontal e temporal inferior apenas nos matemáticos. Esse circuito não é comumente associado com áreas envolvidas em processamento linguístico e semântico, que foram acionadas tanto em matemáticos quanto em não matemáticos quando foram apresentadas as afirmações não relacionadas à matemática. “Ao contrário,” diz a coautora do estudo e aluna da graduação Marie Amalric “nossos resultados mostram que reflexões sobre matemática avançada reciclam partes do cérebro associadas com conhecimento numérico e espacial evolutivo antigo.”

Estudos passados descobriram que essas áreas não linguísticas são ativadas quando performamos aritmética rústica e até mesmo quando vemos números em uma página, sugerindo uma conexão entre pensamento matemático avançado e básico. De fato, o coautor Stanislas Dehaene, diretor da Cognitive Neuroimaging Unit e psicólogo experimental, estudou como humanos (e mesmo algumas espécies animais) nascem com um senso intuitivo de números - de quantidade e manipulação aritmética - intimamente relacionada com representação espacial. Como uma conexão entre um “senso numérico” inato e a matemática avançada é formada, no entanto, ainda não se sabe.

Esse trabalho levanta um intrigante questionamento de se uma capacidade inata de reconhecer diferentes quantidades - saber que ter dois pedaços de fruta é mais do que ter apenas um - é uma base biológica na qual a capacidade de dominar teorias é construída. “Seria interessante investigar a corrente causal entre competências matemáticas de alto e baixo nível”, diz Daniel Ansari, um neurocientista cognitivo da Universidade de West Ontario que não participou do estudo. “A maioria de nós domina aritmética básica, então nós já estamos recrutando essas áreas do cérebro, mas apenas uma fração de nós avança para matemática de alto nível. Nós não sabemos ainda se tornar-se um matemático especialista muda o jeito de você fazer aritmética ou se aprender aritmética estabelece a base para adquirir conceitos matemáticos avançados.”

Ansari sugere que um estudo de formação, no qual conceitos de matemática avançada são ensinados a não matemáticos, poderia promover um melhor entendimento dessas conexões e como elas se formam. Além disso, atingir perícia em matemática pode afetar circuitos neurais em outros sentidos. O estudo de Amalric descobriu que matemáticos possuíam atividade reduzida nas áreas visuais do cérebro, envolvidas em processamento facial. Isso pode significar que recursos neuronais necessários para trabalhar com certos conceitos matemáticos podem rebaixar - ou esgotar - outras capacidades do cérebro. Embora estudos adicionais sejam necessários para determinar se matemáticos realmente processam faces de maneira diferente, os pesquisadores esperam adquirir maior conhecimento sobre os efeitos que a perícia exerce na maneira como o cérebro se organiza.

“Nós podemos começar a investigar de onde habilidades excepcionais vem e os correlatos neurobiológicos de um conhecimento de nível tão alto,” afirma Ansari. “Eu acho que é incrível nós termos a capacidade de usar imagens cerebrais para responder essas questões profundas sobre a complexidade das habilidades humanas.”

 

Jordana Cepelewicz