Um novo modelo revela que explosões de atividade neural conhecidas como avalanches críticas estão na base da capacidade do cérebro de responder consistentemente aos estímulos.
De acordo com a “hipótese do cérebro crítico”, o cérebro humano responde adequadamente a estímulos externos, operando próximo de um estado crítico entre regimes dinâmicos ordenados e desordenados. Uma resposta apropriada tem dois requisitos principais: sensibilidade, o que significa que pequenas perturbações de entrada resultam em grandes flutuações de resposta, e confiabilidade, ou a capacidade de responder consistentemente à mesma entrada. No entanto, modelos mínimos que maximizam a sensibilidade na criticidade geralmente apresentam baixa confiabilidade. Agora, Zhuda Yang, da Universidade Batista de Hong Kong, e colaboradores propuseram uma rede neuronal biologicamente plausível que pode satisfazer os dois requisitos (1).
O modelo é baseado em um circuito típico de neurônios em interação, no qual as correntes inibitórias e excitatórias que um único neurônio recebe são equilibradas. Para investigar como o modelo pode maximizar a sensibilidade e a confiabilidade perto do estado crítico, os cientistas treinaram-no para realizar uma tarefa de classificação: distinguir entre um sinal de entrada alvo e um sinal de entrada não-alvo. Eles observaram uma alta correlação entre a identificação correta do sinal alvo e a ocorrência de avalanches, que são explosões de atividade concertada nos neurônios. Uma análise mais profunda da rede equilibrada revelou que apenas alguns neurônios ativos são responsáveis pelas avalanches, sugerindo que a alta confiabilidade da rede se origina da atividade localizada em seus nós.
Como as avalanches são uma assinatura de criticidade, são consideradas evidências da hipótese do cérebro crítico. No entanto, Yang e colaboradores propõem que eles também contribuam para a confiabilidade da resposta. Esta descoberta reconcilia uma inconsistência de longa information na hipótese do cérebro crítico e poderia ser potencialmente aplicada a outros sistemas que operam nos mesmos regimes dinâmicos.
Z.Yang e outros.“Avalanches críticas em redes balanceadas de inibição de excitação reconciliam a confiabilidade da resposta com a sensibilidade para uma representação neural superb,” Física. Rev.134028401 (2025).
