Reações aos cheiros podem desvendar como formamos pensamentos conscientes

Nosso olfato é um dos mais poderosos. Um cheiro de perfume pode trazer de volta memórias de décadas atrás e uma refeição caseira pode nos trazer de volta à nossa infância. Cheirar algo nojento também pode ser um aviso para ficar longe de onde o cheiro está vindo. Mas como nosso cérebro percebe o cheiro e como percebemos conscientemente que estamos cheirando alguma coisa?

A questão da própria consciência e como os pensamentos conscientes são formados intrigam a humanidade há séculos. Pesquisadores da IBM Research e da Hull York Medical School no Reino Unido estudaram como os odores são transformados em pensamento consciente1.

Circuitos no córtex cerebral podem gerar atividades síncronas em diferentes escalas espaciais e temporais, principalmente devido à conectividade sináptica entre os neurônios. Muitas dessas atividades são consideradas normais, mesmo que não saibamos exatamente por que elas acontecem. Graus mais extremos de sincronia podem ser anormais, o que pode ser um sinal de que uma parte do córtex está propensa a desencadear uma convulsão. Mas as atividades epilépticas podem fornecer pistas sobre como os circuitos do cérebro deveriam funcionar normalmente.

Eles usaram essa ideia para mostrar como dois componentes do sistema olfativo, o córtex piriforme (com muitas conexões fracas) e o núcleo endopiriforme (com menos conexões fortes), podem cooperar para gerar atividades síncronas fracas ou fortes. As atividades fracas são enviadas para regiões específicas e localizadas do cérebro para processamento adicional, e as atividades fortes podem se espalhar para outras regiões do cérebro e, portanto, para a consciência.

Os pesquisadores usaram um modelo computacional detalhado do córtex piriforme, a parte do cérebro responsável pelo processamento de informações olfativas, para descobrir que a adição de neurônios com propriedades endopiriformes poderia permitir que estímulos semelhantes provocassem respostas breves ou prolongadas, dependendo de parâmetros como a condutância persistente de sódio (Na+). Respostas curtas geralmente se correlacionam com a falta de percepção consciente, enquanto respostas longas sugerem que a pessoa percebe o odor conscientemente.

Essa função é essencialmente um “interruptor” no cérebro que pode determinar se o odor em questão requer ou não mais atenção em outras partes do cérebro. É muito parecido com o modo como um switch no processador de um computador pode limitar os recursos computacionais ou exigir muito mais, dependendo da tarefa em mãos.

Pesquisa computacional sobre a formação da consciência

Além disso, a pesquisa os levou a propor que os mecanismos celulares de ativação do núcleo endopiriforme são uma forma atenuada dos eventos celulares que ocorrem durante o início de uma crise epiléptica. Se correta, sua hipótese poderia ajudar a explicar os mecanismos de certos anestésicos gerais e seus efeitos. Da mesma forma, é impressionante como os mecanismos celulares que parecem ser necessários para a consciência (atividade sincronizada persistente que depende da excitação sináptica recorrente) também são centrais para a epilepsia, uma condição que em muitos pacientes, dependendo do tipo de crise, deixa inconsciente.

O trabalho se baseia em mais de 40 anos de pesquisa computacional e experimental na IBM e com colaboradores. Para esta pesquisa específica, os cálculos foram executados em um cluster IBM High Performance Computing (HPC) por profissionais da computação e GPUs, e em parceria com o professor Miles A. Whittington da Hull York Medical School.

O próximo passo crucial no trabalho será projetar testes experimentais. Isso exigirá medições "in vitro" em pequenas partes dissecadas de cérebros de animais, bem como medições em animais vivos. Os experimentos terão que ser realizados por colaboradores externos, mas a equipe da IBM espera que a pesquisa ajude a desvendar alguns dos mistérios por trás de como a consciência se forma.

Referência

1 - Traub, R., Whittington, M. A Hypothesis Concerning Distinct Schemes of Olfactory Activation Evoked by Perceived vs. Non-Perceived Input. PNAS. 119 (10) e2120093119 March 1, 2022.