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Os cientistas descobriram que o córtex externo do cérebro dos mamíferos é capaz de manter o controle sobre todas as informações externas que recebe devido à forma como suas redes nervosas são organizadas em “módulos” interconectados, mas que funcionam de forma independente. A descoberta foi o resultado de um sistema experimental único que desenvolveu neurônios, os elementos funcionais do cérebro, em superfícies de vidro microfabricadas. Os modelos computacionais descreveram então as observações experimentais. O trabalho, realizado por uma equipe internacional de pesquisadores liderada por Hideaki Yamamoto da Universidade de Tohoku e Jordi Soriano da Universidade de Barcelona, foi publicado na revista Avanços da Ciência.
O córtex é a camada externa do cérebro que contém um grande número de neurônios responsáveis por funções como percepção sensorial, controle motor e computação de ordem superior. “As redes neuronais, como as do córtex dos mamíferos, precisam ser capazes de segregar entradas de circuitos especializados e integrar entradas de múltiplos circuitos”, diz Yamamoto. Mas não está claro como o córtex é capaz de suportar estes dois paradigmas de processamento muito diferentes.
Para estudar isso, os pesquisadores orientaram os neurônios corticais para formar uma rede contendo vários subgrupos, ou módulos. Os neurônios desenvolvidos em laboratório foram projetados para expressar proteínas sensíveis à luz para que pudessem ser estimulados usando um comprimento de onda específico de luz.
A equipe descobriu que as redes modulares mais bem formadas tinham grandes respostas à estimulação luminosa localizada, enquanto aquelas com menos “modularidade” respondiam a todos os estímulos de forma excessivamente sincronizada.
Para que esse efeito acontecesse, a estimulação luminosa aplicada foi entregue a diferentes partes da rede em momentos diferentes, para imitar as entradas da vida real no córtex provenientes de partes subcorticais do cérebro. No entanto, quando a excitabilidade global de toda a rede foi aumentada simultaneamente, através do aumento da concentração de potássio em toda a rede, isto desencadeou uma resposta de actividade síncrona e coordenada em toda a rede.
“Este equilíbrio entre a atividade localmente segregada e a atividade globalmente integrada é considerado importante para que o cérebro seja capaz de expandir a sua capacidade de representação de informação com recursos limitados”, explica Yamamoto.
A descoberta não só ajuda os cientistas a compreender a interação entre a estrutura e a função do cérebro dos mamíferos, mas também pode ajudar a melhorar o desenvolvimento de redes neurais artificiais para utilização em pesquisas de aprendizagem automática.
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