7 Tesla MRI revela como o cérebro humano antecipa e regula as necessidades do corpo

Usando uma tecnologia de imagem de altíssima resolução chamada ressonância magnética funcional de 7 Tesla (fMRI) em participantes humanos, os pesquisadores mapearam como diferentes partes do cérebro funcionam juntas. Especificamente, eles descobriram uma rede unificada, ou grupo de regiões cerebrais, que apoia tanto a regulação do corpo (alostase) quanto a detecção interna (interocepção).

O artigo, “Mapeamento cortical e subcortical do sistema interoceptivo alostático humano usando fMRI de 7 Tesla”, é publicado em Neurociência da Natureza. Jiahe Zhang, Ph.D., do Departamento de Psiquiatria do Mass General Brigham, é o autor principal do artigo. Lisa Feldman Barrett, Ph.D., e Marta Bianciardi, Ph.D., do Departamento de Radiologia do Mass General Brigham são co-autores seniores. Barrett também é afiliado ao Departamento de Psiquiatria do Mass General Brigham.

Preenchendo uma lacuna de conhecimento

Estudos anteriores, tanto em modelos animais como em humanos, apontaram para a existência de um sistema distribuído no cérebro que o ajuda a antecipar e a preparar-se para as necessidades energéticas do corpo – um processo chamado alostase – bem como a monitorizar as condições sensoriais dentro do corpo, conhecidas como interocepção.

Em seu novo estudo, os pesquisadores usaram fMRI de 7 Tesla para medir como os sinais no cérebro flutuam em sincronia ao longo do tempo, formando uma rede de regiões que trabalham em conjunto para coordenar ações.

Num estudo anterior utilizando fMRI de 3 Tesla, a equipa de Barrett mapeou uma rede que apoia a alostase e a interocepção no cérebro humano, mas a resolução espacial e a sensibilidade comparativamente limitadas da tecnologia de 3 Tesla tornaram difícil a captura completa das estruturas mais pequenas do sistema no tronco cerebral, que são conhecidas por desempenharem um papel fundamental nestes processos.

Usando o scanner de ressonância magnética 7 Tesla

Para enfrentar esses desafios, eles usaram o scanner de ressonância magnética de 7 Tesla no Centro Athinoula A. Martinos de Imagens Biomédicas do Mass General Hospital, permitindo-lhes ver pequenas regiões do cérebro com muito maior precisão. Os participantes foram escaneados “em repouso” para que a atividade cerebral observada refletisse mais a alostase espontânea e a interocepção do que as respostas a estímulos externos.

Os pesquisadores também usaram um mapa recentemente validado de áreas cerebrais profundas, desenvolvido pela equipe de Bianciardi, que foi criado usando exames cerebrais de humanos vivos. Este atlas in vivo, Brainstem Navigator, mapeia as regiões envolvidas na regulação dos sistemas autônomo, imunológico e endócrino.

A abordagem analítica foi orientada por décadas de pesquisa básica que identificou duas vias cerebrais principais em mamíferos: um conjunto de vias (alostáticas) que envia sinais do cérebro para controlar os órgãos do corpo, e o outro conjunto (interoceptivo) que envia sinais do corpo para o cérebro, informando-o sobre o que está acontecendo dentro de nós.

Descobertas e implicações

As descobertas replicaram e expandiram o trabalho anterior de 3 Tesla, confirmando quase todas as conexões diretas identificadas em mamíferos não humanos: 100% daquelas entre áreas corticais e 96% daquelas que ligam áreas subcorticais a áreas corticais e outras áreas subcorticais.

Como esperado, eles encontraram conexões bidirecionais entre as áreas do cérebro que ajudam a gerenciar as necessidades do corpo (como o córtex cingulado anterior) e as áreas que percebem o que está acontecendo dentro do corpo (como a ínsula posterior). Isso significa que essas regiões se comunicam entre si, ajudando o cérebro a prever e regular o que o corpo precisa.

Cada vez mais evidências sugerem que um dos papéis centrais do cérebro é antecipar e satisfazer as necessidades energéticas do corpo. As novas descobertas colocam a monitorização e regulação das necessidades do corpo no núcleo funcional do cérebro humano, mostrando a estreita ligação entre a saúde física e mental.

Isto é consistente com pesquisas emergentes sobre distúrbios psiquiátricos e neurológicos que mostram que a comunicação cérebro-corpo prejudicada é um fator importante que contribui para doenças mentais e físicas.

O trabalho futuro se concentrará na ligação deste sistema interoceptivo alostático a outras tarefas, incluindo tomada de decisão e cognição, e na identificação de outras conexões entre regiões cerebrais de interesse.