Um começo inesperado
Há algo poético em estudar o cérebro – esse órgão complexo que gera nossos pensamentos, emoções e a própria curiosidade que nos leva a entendê -lo. Minha jornada com este artigo começou não em um laboratório, mas em uma clara caminhada à noite ao longo da orla de Toronto, onde as estrelas acima e as luzes da cidade abaixo criaram uma tapeçaria cósmica refletida nas ondas suaves do lago Ontário.
Enquanto assistia como as ondulações se espalharam pelo lago Ontário por passarem barcos, eu pensei: talvez a resposta do cérebro à estimulação siga sua hierarquia organizacional pure – do simples processamento sensorial a funções cognitivas complexas.
Eu já estava trabalhando com um conjunto de dados compartilhado por pesquisadores do Centro de Cirurgia de Epilepsia de Claudio Munari em Milão-um tesouro raro na neurociência: gravações simultâneas de EEG de alta densidade e estimulação elétrica intracerebral direta em pacientes com epilepsia. O que tornou esse conjunto de dados extraordinário não foi apenas os dados em si, mas o trabalho meticuloso realizado pela equipe de Milão liderado por Andrea Pigorini. Seus esforços pioneiros para coletar e compartilhar abertamente essas gravações representaram anos de cuidadosos trabalhos clínicos com pacientes com epilepsia. Esse compartilhamento de dados incorporou o melhor da colaboração científica – disponibilizando gravações raras e valiosas à comunidade científica mais ampla para acelerar a descoberta.
A pergunta que não deixaria ir
O cérebro humano possui uma arquitetura fascinante-de áreas sensoriais primárias que processam informações básicas, como visão e toque, a redes de ordem superior que integram informações e suportam a cognição complexa. Esta hierarquia foi mapeado usando técnicas como FMREu, mas ninguém investigou sistematicamente se as respostas de estimulação cerebral podem seguir esse mesmo princípio organizacional.
Uma história de duas redes
Ao analisar esses dados, descobrimos algo fascinante sobre como diferentes partes do cérebro respondem à estimulação elétrica. Think about o cérebro como uma cidade com diferentes bairros – alguns são distritos movimentados do centro da cidade que lidam com atividades complexas, enquanto outros são áreas industriais especializadas focadas em tarefas específicas.
O que descobrimos foi que os “distritos do centro” do cérebro – redes responsáveis pelo pensamento, auto -reflexão e planejamento complexos (como a rede de modo padrão e a rede frontoparietal) – mostrou respostas muito mais fortes quando estimuladas que as “zonas industriais” – redes que lidam com informações sensoriais básicas, como visão e toque (redes visuais e somatomotoras).
Isso não foi apenas uma pequena diferença. Observamos um padrão claro – um gradiente de capacidade de resposta que combinava perfeitamente com a organização hierárquica conhecida do cérebro. Quanto maior a rede A na hierarquia de processamento do cérebro, mais dramaticamente responde à estimulação.
Além da descrição: Buscando mecanismos
Encontrar esse padrão foi emocionante, mas entender por que existe foi o verdadeiro desafio. É aqui que a modelagem computacional entrou em nossa história.
Think about tentar entender por que alguns bairros de uma cidade estão agitados de atividades, enquanto outros operam em um ritmo mais medido. Você precisaria de um mapa do sistema de transporte da cidade, conhecimento de como as pessoas se movem e uma maneira de testar o que acontece se certas estradas estiverem fechadas.
Foi exatamente isso que fizemos com o cérebro. Nossos modelos computacionais eram como simulações detalhadas da cidade que incorporavam não apenas o format físico das ruas (conexões anatômicas), mas também os padrões de tráfego (atividade neural) que fluem através deles.
Pense em nossas “dissecções virtuais” como fechar temporariamente certas rodovias nesta cidade simulada para ver como os padrões de tráfego mudam. Quando bloqueamos as conexões que entram em redes de alta ordem do resto do cérebro, sua atividade diminuiu drasticamente-como áreas movimentadas do centro, tornando-se cidades fantasmas quando todas as rodovias que levam a elas são fechadas. Por outro lado, quando fizemos o mesmo com redes sensoriais, eles continuaram funcionando de forma relativamente normalmente-como subúrbios independentes que podem operar mesmo quando desconectados da área metropolitana maior.
É um pouco como a diferença entre uma empresa world que depende de cadeias de suprimentos internacionais versus um restaurante de fazenda para mesa native. Interromper o transporte world e a corporação multinacional luta para funcionar; O restaurante native, adquirindo tudo nas proximidades, continua com o mínimo de interrupção.
Esses experimentos revelaram algo elementary: a capacidade de resposta das redes cerebrais de alta ordem não vem apenas de suas propriedades internas, mas de sua posição na teia interconectada do cérebro. Eles são “globais” por natureza – sua própria identidade e função emergindo do diálogo constante com regiões distantes.
O remaining de uma jornada e começo
Nosso artigo representa anos de trabalho colaborativo que abrange os continentes, mas, de muitas maneiras, é apenas o começo. Identificamos um princípio elementary da organização cerebral – que a excitabilidade e a recorrência seguem gradientes hierárquicos entre as redes corticais – mas muitas questões permanecem sobre como esses princípios se relacionam com a cognição, desenvolvimento e doença.
Ao refletir sobre essa jornada, sou grato pelas práticas científicas abertas que tornaram possível os pacientes que contribuíram para a pesquisa e pelo espírito colaborativo de pesquisadores em instituições e países que se uniram para desvendar uma pequena parte da magnífica complexidade do cérebro.
A beleza da ciência é que cada resposta revela novas perguntas. Nossa descoberta de gradientes de excitabilidade no cérebro não é um ponto remaining, mas uma porta para uma compreensão mais profunda de como a arquitetura do cérebro molda sua função – e talvez, eventualmente, para melhores tratamentos para aqueles que sofrem de distúrbios cerebrais.
