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Cientistas da Universidade de Sydney e da Universidade de Fudan descobriram sinais do cérebro humano que viajam através da camada externa do tecido neural que se organizam naturalmente para se assemelhar a espirais rodopiantes.
A pesquisa, publicada hoje na Natureza Comportamento Humanoindica que essas espirais onipresentes, que são sinais cerebrais observados no córtex durante os estados cognitivos e de repouso, ajudam a organizar a atividade cerebral e o processamento cognitivo.
O autor sênior, Professor Associado Pulin Gong, da Escola de Física da Faculdade de Ciências, disse que a descoberta pode ter o potencial de desenvolver poderosas máquinas de computação inspiradas no intrincado funcionamento do cérebro humano.
A descoberta abre novos caminhos para a compreensão de como o cérebro funciona e fornece informações valiosas sobre as funções fundamentais do cérebro humano. Isso poderia ajudar os pesquisadores médicos a entender os efeitos das doenças cerebrais, como a demência, examinando o papel que desempenham.
“Nosso estudo sugere que obter informações sobre como as espirais estão relacionadas ao processamento cognitivo pode melhorar significativamente nossa compreensão da dinâmica e das funções do cérebro”, disse o professor associado Gong, membro do grupo de pesquisa de Sistemas Complexos em Física.
“Esses padrões espirais exibem dinâmicas intrincadas e complexas, movendo-se pela superfície do cérebro enquanto giram em torno de pontos centrais conhecidos como singularidades de fase.
“Assim como os vórtices agem na turbulência, as espirais se envolvem em interações intrincadas, desempenhando um papel crucial na organização das atividades complexas do cérebro.
“As intrincadas interações entre múltiplas espirais coexistentes podem permitir que cálculos neurais sejam conduzidos de maneira distribuída e paralela, levando a uma notável eficiência computacional”.
O estudante de doutorado Yiben Xu, principal autor da pesquisa da Escola de Física, disse que a localização das espirais no córtex pode permitir que elas conectem atividades em diferentes seções, ou redes, do cérebro – agindo como uma ponte de comunicação . Muitas das espirais são grandes o suficiente para cobrir várias redes.
O córtex cerebral, também conhecido como córtex cerebral, é a camada mais externa do cérebro responsável por muitas funções cognitivas complexas, incluindo percepção, memória, atenção, linguagem e consciência.
“Uma das principais características dessas espirais cerebrais é que elas geralmente surgem nos limites que separam diferentes redes funcionais no cérebro”, disse Xu.
“Através de seu movimento rotacional, eles efetivamente coordenam o fluxo de atividade entre essas redes.
“Em nossa pesquisa, observamos que essas espirais cerebrais interativas permitem uma reconfiguração flexível da atividade cerebral durante várias tarefas envolvendo o processamento de linguagem natural e a memória de trabalho, o que elas alcançam alterando suas direções de rotação”.
Os cientistas reuniram suas descobertas a partir de exames cerebrais de ressonância magnética funcional (fMRI) de 100 jovens adultos, que analisaram por meio da adaptação de métodos usados para entender padrões complexos de ondas em turbulência.
A neurociência tradicionalmente se concentra nas interações entre os neurônios para entender a função cerebral. Há uma área crescente da ciência que procura processos maiores dentro do cérebro para nos ajudar a entender seus mistérios.
“Ao desvendar os mistérios da atividade cerebral e descobrir os mecanismos que regem sua coordenação, estamos nos aproximando de desbloquear todo o potencial de compreensão da cognição e da função cerebral”, disse o professor associado Gong.
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