Cientistas decifram direcionalidade dos sinais neurais no cérebro

A descoberta tem importantes implicações para a compreensão de uma série de doenças neurológicas e mentais.[Imagem: Joana Carvalho et al. - 10.1038/s41467-026-71506-9]

O que vai e o que volta do cérebro

Hoje sabemos que nossa visão está conectada até mesmo à nossa respiração, mas a interação entre nossos olhos e nosso cérebro é uma questão ainda longe de ser totalmente compreendida: Não sabemos bem se as imagens se formam no olho, no cérebro ou em ambos.

Pesquisadores da Fundação Champalimaud (Portugal) acabam de encontrar mais uma peça desse quebra-cabeças: Joana Carvalho e seus colegas demonstraram que os impulsos nervosos entre os olhos e o cérebro na verdade correm nos dois sentidos: Os impulsos nervosos fluem na direção ascendente, levando informação sobre a entrada visual (pré-alimentação), e na direção descendente (retroalimentação), levando informação sobre expectativas ou previsões acerca de uma determinada tarefa ou sobre a percepção do ambiente.

Esta descoberta pode ter implicações importantes na compreensão das alterações no cérebro de pessoas com alucinações, Alzheimer, esquizofrenia, autismo e outras doenças.

A equipe usou uma técnica de imageamento para mostrar que cada tipo de impulso - num e noutro sentido - possuem assinaturas únicas e distintas, que podem ser detectadas por um método que os próprios pesquisadores desenvolveram, chamado uFLARE (UltraFast Layer-Resolved Encoding), uma técnica de neuroimagem concebida para mapear a atividade cerebral com resoluções temporais e espaciais sem precedentes.

A direcionalidade é genérica, afetando outras áreas do cérebro além da visual.
[Imagem: Joana Carvalho et al. - 10.1038/s41467-026-71506-9]

Informações ascendentes e informações descendentes

A coleta dos dados foi feita com um equipamento de ressonância magnética médica de 9,4 teslas, que permitiu a aquisição de imagens com resolução submilimétrica e em altíssima velocidade (em dezenas de milissegundos).

Mas a grande inovação está na interpretação dos dados, que exigiu a construção de um modelo computacional bidirecional para detalhar como a informação flui entre diferentes partes do cérebro. Foi isto que permitiu separar as informações que "sobem" das que "descem" entre o olho e o cérebro.

O trabalho centrou-se no córtex visual, que está organizado em seis camadas distintas e no qual as regiões-alvo dos impulsos nervosos em cada direção são bem conhecidas e distintas: Os sinais de pré-alimentação que chegam ao córtex visual a partir dos órgãos sensoriais têm como alvo principal a camada IV do córtex visual, enquanto as ligações de retroalimentação das áreas visuais de ordem superior para o córtex visual primário se projetam preferencialmente para as camadas I e VI.

O modelo construído pela equipe revelou que a atividade de um neurônio-alvo numa dada camada pode ser calculada com base nos sinais neuronais de outra parte do cérebro, um conceito chamado campo conectivo: O tamanho do campo conectivo de um grupo de neurônios é uma medida da extensão da informação que está sendo enviada ou recebida pelos diferentes neurônios. "Se tivermos um campo conectivo grande, isso significa que uma determinada população de neurônios recebe informação de um grande grupo de neurônios de outra área," explicou Joana.

Isto significa que a variação do tamanho do campo conectivo entre camadas é diferente para as vias ascendentes e descendentes. De fato, para os sinais ascendentes, o modelo prevê que este tamanho atinja um máximo nas camadas intermediárias do córtex visual (camada IV em particular), enquanto que, para as ligações descendentes, o sinal atinge o seu máximo nas camadas mais superficiais e nas mais profundas (I e VI).

Implicações práticas

As informações sobre o tamanho e a distribuição dos campos conectivos revelaram duas assinaturas radicalmente diferentes para os sinais ascendentes e descendentes, permitindo inferir corretamente a direcionalidade da propagação da informação. Os pesquisadores também demonstraram que a metodologia se aplica a outras áreas do cérebro, como os sistemas somatossensorial e motor, sugerindo um padrão geral de comunicação cortical.

Os resultados podem ter implicações importantes para a compreensão das doenças humanas. "No autismo, na doença de Parkinson ou na doença de Alzheimer, e também em muitos tipos de doenças em que há uma lesão no cérebro, tudo o que podemos dizer neste momento é que as vias de atividade pré-alimentação e retroalimentação mudam, mas não sabemos como isso acontece nem compreendemos o que é diferente. Com este novo método e esta nova análise, podemos estudar as mudanças no fluxo de informação direcional. É uma nova forma de analisar a atividade no cérebro," disse o professor Noam Shemesh.

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