Hoje, a internet é sensorial e gratuita para todos: anúncios pop-up explodem em artigos a cada poucos parágrafos, roubando a tela com cores e música de pirulito, gritando informações sobre produtos de cantos invisíveis. O corpo humano não é tão diferente. Todas as unhas, cotovelos, narinas e sobrancelhas estão constantemente competindo pela atenção do cérebro.

“No momento, seu dedinho está enviando sinais para o cérebro, assim como cada centímetro quadrado do corpo”, disse Adam Cohen, professor de química e biologia química e física “, mas a maioria não é interessante. Seu cérebro precisa ignorar todas essas coisas e prestar atenção apenas às poucas coisas que são realmente relevantes “.

Agora, em um artigo publicado na Cell , Cohen e colegas relatam novas evidências que podem ajudar os pesquisadores a entender como o cérebro ignora ou age sobre informações diferentes, conhecimento que pode oferecer dados cruciais sobre o funcionamento dos circuitos neuronais e, um dia, ajudar os pesquisadores a entender e tratar doenças neurológicas.

Cohen não se propôs a investigar a atenção. Recentemente, seu laboratório inventou a tecnologia que torna os impulsos elétricos que fluem através dos neurônios no cérebro de um animal vivo observáveis ​​pela primeira vez. “O próximo passo é realmente fazer algo com isso”, disse ele, “para realmente aprender algo sobre como o cérebro funciona”.

Primeiro, um Ph.D. O aluno de seu laboratório, Linlin Fan, treinou sua tecnologia na camada superior do cérebro. Como a ferramenta óptica usa a luz para registrar quando os neurônios disparam, eles só poderiam estudar essa camada por enquanto. “É como olhar para a sua mão”, disse Cohen. “Você só pode ver a superfície porque a luz só entra um pouco no tecido”. Ainda assim, alguns cientistas chamam a camada um de “grande mistério”. É notoriamente difícil de estudar.

Tradicionalmente, os cientistas colocam sondas ultrafinas de vidro no tecido do cérebro aleatoriamente, na esperança de “arpão” neurônios para que eles possam gravar sinais individuais. Na camada um, as células são muito escassas para que essa técnica seja eficiente; é como pescar em um oceano que tem apenas um punhado de peixes. Como a tecnologia de Cohen ilumina cada neurônio – como usar o sonar para ver cada peixe – ele pode localizar e analisar vários de cada vez.

Como sua ferramenta optogenética registrou sinais neurais em ratos vivos, Cohen e sua equipe adicionaram estímulos com base nos dois principais tipos de atenção. Primeiro, eles tocaram o bigode de um rato, provocando um sinal “de baixo para cima” que relata novas informações sensoriais. Então, eles sopraram um sopro de ar no rosto do mouse, ativando um sinal “de cima para baixo”, no qual o conhecimento existente molda a percepção de um estímulo. “Pense nisso como um sinal de alerta”, explicou Cohen.

No experimento dos bigodes, o estímulo causou o resultado esperado: um pico de neurônios. Mas quando a equipe excitou artificialmente o mesmo neurônio usando um laser e depois adicionou um movimento de bigode, o neurônio ficou quieto. Por quê? A equipe descobriu que os neurônios da camada um mantêm um equilíbrio cuidadoso entre excitação e inibição. Se muitos neurônios estão disparando ao mesmo tempo, eles impedem que outros disparem. “O circuito funciona como um detector de novidades”, disse Cohen. Entradas repentinas podem acionar a maioria dos neurônios para disparar, mas com entradas duradouras, a maioria dos neurônios se inibe e faz com que o circuito desligue quase completamente.

O sopro de ar – um alerta para o mouse – adicionou mais evidências a essa teoria. Em resposta ao sopro, os poucos neurônios que dispararam mais rapidamente acabaram suprimindo seus vizinhos. Se o estímulo é forte o suficiente, todos os neurônios disparam, competindo pelo domínio, antes que os vencedores forçam os outros a se acalmarem.

Com base em seus dados, a equipe projetou um modelo matemático do circuito, que sugeria uma conexão intrigante com uma teoria centenária sobre atenção. A chamada lei de Yerkes-Dodson propõe que um pouco de estresse pode ajudar a aumentar o desempenho, mas diminui quando o estresse aumenta demais. “Todo mundo que já fez um teste sabe disso”, disse Cohen. Seu modelo mostrou que os neurônios da camada um se comportam de maneira semelhante: uma pequena ativação de cima para baixo os acorda para que sejam mais responsivos às entradas sensoriais, mas muita ativação faz o circuito congelar e ignorar as informações recebidas.

Cohen e sua equipe continuarão a explorar como o circuito de camada um funciona para regular a atenção, esperando que mais dados possam fornecer informações críticas sobre o funcionamento dos circuitos neurais.

“Se pudermos entender como a resposta do bigode funciona”, disse Cohen, “estaremos em uma posição muito melhor para entender coisas muito mais complicadas, como visão ou audição”.