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MIT neurocientistas encontraram evidências de que a capacidade do cérebro de controlar o que pensa depende de ondas cerebrais de baixa frequência conhecidas como ritmos beta.
Numa tarefa de memória que exige que a informação seja mantida na memória de trabalho durante curtos períodos de tempo, a equipa do MIT descobriu que o cérebro utiliza ondas beta para alternar conscientemente entre diferentes informações. As descobertas apoiam a hipótese dos investigadores de que os ritmos beta actuam como uma porta que determina quando a informação guardada na memória de trabalho é lida ou apagada para que possamos pensar noutra coisa.
“O ritmo beta atua como um freio, controlando quando expressar as informações contidas na memória de trabalho e permitindo que influenciem o comportamento”, diz Mikael Lundqvist, pós-doutorado no Instituto Picower de Aprendizagem e Memória do MIT e principal autor do estudo.
Earl Miller, Professor Picower de Neurociências do Instituto Picower e do Departamento de Ciências do Cérebro e Cognitivas, é o autor sênior do estudo, que aparece na edição de 26 de janeiro da revista. Comunicações da Natureza.
Trabalhando em ritmo
Existem milhões de neurônios no cérebro e cada neurônio produz seus próprios sinais elétricos. Esses sinais combinados geram oscilações conhecidas como ondas cerebrais, que variam em frequência. Num estudo de 2016, Miller e Lundqvist descobriram que os ritmos gama estão associados à codificação e recuperação de informação sensorial.
Eles também descobriram que quando os ritmos gama aumentavam, os ritmos beta diminuíam e vice-versa. Trabalhos anteriores em seu laboratório mostraram que os ritmos beta estão associados a informações “de cima para baixo”, como qual é o objetivo atual, como alcançá-lo e quais são as regras da tarefa.
Todas essas evidências os levaram a teorizar que os ritmos beta atuam como um mecanismo de controle que determina quais informações podem ser lidas na memória de trabalho – a função cerebral que permite o controle sobre o pensamento consciente, diz Miller.
“A memória de trabalho é o bloco de desenho da consciência e está sob nosso controle. Nós escolhemos o que pensar”, diz ele. “Você escolhe quando limpar a memória de trabalho e quando esquecer as coisas. Você pode manter as coisas em mente e esperar para tomar uma decisão até ter mais informações.”
Para testar esta hipótese, os investigadores registaram a atividade cerebral do córtex pré-frontal, que é a sede da memória de trabalho, em animais treinados para realizar uma tarefa de memória de trabalho. Os animais viram primeiro um par de objetos, por exemplo, A seguido de B. Em seguida, foi-lhes mostrado um par diferente e tiveram que determinar se correspondia ao primeiro par. A seguido de B seria uma correspondência, mas não B seguido de A, ou A seguido de C. Após toda essa sequência, os animais soltavam uma barra caso determinassem que as duas sequências correspondiam.
Os pesquisadores descobriram que a atividade cerebral variava dependendo se os dois pares combinavam ou não. À medida que um animal antecipava o início da segunda sequência, ele guardava a memória do objeto A, representado pelas ondas gama. Se o próximo objeto visto fosse de fato A, as ondas beta subiriam, o que os pesquisadores acreditam que limpa o objeto A da memória de trabalho. As ondas gama subiram novamente, mas desta vez o cérebro passou a reter informações sobre o objeto B, pois esta era agora a informação relevante para determinar se a sequência correspondia.
No entanto, se o primeiro objeto mostrado não fosse compatível com A, as ondas beta subiam, apagando completamente a memória de trabalho, porque o animal já sabia que a sequência como um todo não poderia ser compatível.
“A interação entre beta e gama atua exatamente como você esperaria que um mecanismo de controle volitivo agisse”, diz Miller. “Beta está agindo como um sinal que bloqueia o acesso à memória de trabalho. Limpa a memória de trabalho e pode funcionar como uma mudança de um pensamento ou item para outro.”
Um novo modelo
Modelos anteriores de memória de trabalho propunham que a informação era mantida na mente por meio de disparos neuronais constantes. O novo estudo, em combinação com trabalhos anteriores, apoia a nova hipótese dos investigadores de que a memória de trabalho é apoiada por breves episódios de picos, que são controlados por ritmos beta.
“Quando mantemos coisas na memória de trabalho (isto é, mantemos algo 'na mente'), temos a sensação de que elas são estáveis, como uma lâmpada que acendemos para representar algum pensamento. Durante muito tempo, os neurocientistas pensaram que isso devia significar que a forma como o cérebro representa esses pensamentos é através de atividade constante. Este estudo mostra que este não é o caso – em vez disso, as nossas memórias estão piscando dentro e fora da existência. Além disso, cada vez que uma memória pisca, ela está no topo de uma onda de atividade no cérebro”, diz Tim Buschman, professor assistente de psicologia na Universidade de Princeton que não participou do estudo.
Dois outros artigos recentes do laboratório de Miller oferecem evidências adicionais do beta como mecanismo de controle cognitivo.
Em um estudo publicado recentemente na revista Neurônio, eles encontraram padrões semelhantes de interação entre os ritmos beta e gama em uma tarefa diferente que envolvia a atribuição de padrões de pontos em categorias. Nos casos em que dois padrões eram fáceis de distinguir, os ritmos gama, que transportam informações visuais, predominaram durante a identificação. Se a tarefa de distinção foi mais difícil, predominaram os ritmos beta, que carregam informações sobre a experiência passada com as categorias.
Num artigo recente publicado no Anais da Academia Nacional de Ciências, O laboratório de Miller descobriu que as ondas beta são produzidas por camadas profundas do córtex pré-frontal, e os ritmos gama são produzidos por camadas superficiais, que processam informações sensoriais. Eles também descobriram que as ondas beta controlavam a interação dos dois tipos de ritmos.
“Quando você encontra esse tipo de segregação anatômica e ela está na infraestrutura onde você espera que esteja, isso acrescenta muito peso à nossa hipótese”, diz Miller.
Os investigadores estão agora a estudar se estes tipos de ritmos controlam outras funções cerebrais, como a atenção. Eles também esperam estudar se a interação dos ritmos beta e gama explica por que é tão difícil manter em mente mais do que algumas informações ao mesmo tempo.
“Eventualmente, gostaríamos de ver como estes ritmos explicam a capacidade limitada da memória de trabalho, por que só conseguimos manter alguns pensamentos em mente simultaneamente e o que acontece quando excedemos a capacidade”, diz Miller. “Você precisa ter um mecanismo que compense o fato de sobrecarregar sua memória de trabalho e tomar decisões sobre quais coisas são mais importantes que outras.”
A pesquisa foi financiada pelo Instituto Nacional de Saúde Mental, pelo Escritório de Pesquisa Naval e pela Bolsa Picower JFDP.
Referência: “Rajadas gama e beta durante a leitura da memória de trabalho sugerem papéis em seu controle volitivo” por Mikael Lundqvist, Pawel Herman, Melissa R. Warden, Scott L. Brincat e Earl K. Miller, 26 de janeiro de 2018, Comunicações da Natureza.
DOI: 10.1038/s41467-017-02791-8