A nova ferramenta cerebral do MIT poderia finalmente explicar a consciência

Embora a tecnologia já exista há vários anos, ainda não se tornou uma ferramenta padrão na pesquisa em neurociência. Agora, dois pesquisadores do MIT estão preparando novos experimentos utilizando a técnica e publicaram um artigo que serve como um guia detalhado, ou “roteiro”, para aplicá-la ao estudo da consciência.

“O ultrassom focalizado transcraniano permitirá estimular diferentes partes do cérebro em indivíduos saudáveis, de maneiras que você não conseguia antes”, diz Daniel Freeman, pesquisador do MIT e coautor do artigo. “Esta é uma ferramenta que não é útil apenas para a medicina ou mesmo para a ciência básica, mas também pode ajudar a resolver o difícil problema da consciência. Ela pode sondar onde no cérebro estão os circuitos neurais que geram uma sensação de dor, uma sensação de visão, ou mesmo algo tão complexo como o pensamento humano.

Ao contrário de outros métodos de estimulação cerebral, o ultrassom focalizado transcraniano não requer cirurgia. Pode atingir áreas mais profundas do cérebro com maior precisão do que técnicas como estimulação magnética ou elétrica transcraniana.

“Existem muito poucas formas confiáveis ​​de manipular a atividade cerebral que sejam seguras, mas que também funcionem”, diz Matthias Michel, filósofo do MIT que estuda a consciência e é coautor do artigo.

O estudo, intitulado “Ultrassom focalizado transcraniano para identificar o substrato neural da percepção consciente”, aparece na revista Neuroscience and Biobehavioral Reviews. Além de Freeman e Michel, os autores incluem Brian Odegaard, professor assistente de psicologia na Universidade da Flórida, e Seung-Schik Yoo, professor associado de radiologia no Brigham and Women’s Hospital e na Harvard Medical School.

Por que estudar o cérebro é tão desafiador

Compreender o cérebro humano é particularmente difícil porque os investigadores normalmente não podem fazer experiências invasivas em pessoas saudáveis. Fora da neurocirurgia, os cientistas têm opções limitadas para explorar estruturas cerebrais profundas. Ferramentas de imagem como ressonância magnética e várias formas de ultrassom podem mostrar a anatomia, enquanto o eletroencefalograma (EEG) registra sinais elétricos em todo o cérebro. No entanto, estes métodos observam principalmente a actividade em vez de a influenciarem directamente.

O ultrassom focalizado transcraniano funciona de maneira diferente. Ele envia ondas acústicas através do crânio e as concentra em um alvo preciso, às vezes com apenas alguns milímetros de largura. Isto permite aos investigadores estimular regiões específicas do cérebro e observar os efeitos, tornando-o uma ferramenta promissora para experiências cuidadosamente controladas.

“É realmente a primeira vez na história que se pode modular a atividade nas profundezas do cérebro, a centímetros do couro cabeludo, examinando estruturas subcorticais com alta resolução espacial”, diz Freeman. “Existem muitos circuitos emocionais interessantes nas profundezas do cérebro, mas até agora não era possível manipulá-los fora da sala de cirurgia”.

Testando Causa e Efeito na Consciência

Uma das vantagens mais importantes desta tecnologia é a sua capacidade de ajudar a identificar relações de causa e efeito no cérebro. Muitos estudos atuais sobre a consciência baseiam-se na observação da atividade cerebral enquanto as pessoas processam estímulos visuais ou realizam tarefas ligadas à consciência. Embora estes estudos revelem correlações, nem sempre mostram se um sinal cerebral cria uma experiência consciente ou simplesmente a segue.

Ao alterar ativamente a atividade cerebral, o ultrassom focalizado transcraniano pode ajudar os pesquisadores a determinar quais processos neurais são essenciais para a consciência e quais são efeitos secundários.

“O ultrassom focalizado transcraniano nos dá uma solução para esse problema”, diz Michel.

Ideias concorrentes sobre como funciona a consciência

No seu artigo, os investigadores descrevem como a tecnologia poderia ser usada para testar duas amplas teorias da consciência. Uma visão, conhecida como abordagem cognitivista, argumenta que a experiência consciente depende de processos mentais de nível superior, como raciocínio, reflexão e integração de informações em todo o cérebro. Esta perspectiva muitas vezes enfatiza o papel do córtex frontal.

A visão alternativa, às vezes chamada de abordagem não-cognitivista, sugere que a consciência não requer maquinaria cognitiva complexa. Em vez disso, padrões específicos de atividade cerebral podem produzir diretamente experiências particulares. Desta perspectiva, a consciência pode surgir em regiões cerebrais mais localizadas, incluindo áreas na parte posterior do córtex ou em estruturas subcorticais mais profundas.

Os pesquisadores propõem o uso do ultrassom focado para explorar questões como o papel do córtex pré-frontal na percepção, se a consciência depende da atividade cerebral local ou de redes em grande escala, como regiões cerebrais separadas combinam informações em uma única experiência e que papel as estruturas subcorticais desempenham na consciência consciente.

O que a dor e a visão podem revelar

Experimentos usando estímulos visuais podem ajudar a identificar quais regiões do cérebro são necessárias para a percepção consciente. Abordagens semelhantes também poderiam ser aplicadas à dor, outro componente fundamental da experiência consciente. Por exemplo, as pessoas muitas vezes afastam a mão de uma superfície quente antes de sentirem dor conscientemente. Isto levanta questões sobre onde e como a sensação de dor é realmente gerada.

“É uma questão científica básica: como a dor é gerada no cérebro”, diz Freeman. “E é surpreendente que haja tanta incerteza… A dor pode originar-se de áreas corticais, ou pode ser de estruturas cerebrais mais profundas. Estou interessado em terapias, mas também estou curioso para saber se as estruturas subcorticais podem desempenhar um papel maior do que o estimado. Poderia ser a manifestação física da dor subcortical. Isso é uma hipótese. Mas agora temos uma ferramenta para examiná-la.”

Experimentos e interesse crescente no MIT

Freeman e Michel não estão apenas delineando ideias para pesquisas futuras. Eles estão planejando ativamente experimentos que começarão com a estimulação do córtex visual e depois passarão para regiões de nível superior no córtex frontal. Embora ferramentas como o EEG possam mostrar quando os neurónios respondem a estímulos visuais, estes novos estudos visam estabelecer uma ligação mais clara entre a atividade cerebral e o que uma pessoa realmente experiencia.

“Uma coisa é dizer se esses neurônios responderam eletricamente. Outra coisa é dizer se uma pessoa viu luz”, diz Freeman.

Michel também está ajudando a construir uma comunidade de pesquisa mais ampla em torno da consciência no MIT. Junto com Earl Miller, Professor Picower de Neurociência no Departamento de Cérebro e Ciências Cognitivas do MIT, ele foi cofundador do MIT Consciousness Club. O grupo reúne acadêmicos de diversas disciplinas e organiza eventos mensais focados nos avanços na pesquisa da consciência.

O MIT Consciousness Club recebe apoio parcial do MITHIC, o MIT Human Insight Collaborative, uma iniciativa apoiada pela Escola de Humanidades, Artes e Ciências Sociais.

Para Michel, o ultrassom focalizado transcraniano representa uma direção promissora para a área.

“É uma ferramenta nova, por isso não sabemos realmente até que ponto vai funcionar”, diz ele. “Mas sinto que há baixo risco e alta recompensa. Por que você não seguiria esse caminho?”

A pesquisa descrita no artigo foi apoiada pelo Departamento da Força Aérea dos EUA.