Cantando no Cérebro




Resumo: Pesquisadores identificaram uma população de neurônios no córtex auditivo que responde ao canto, mas não qualquer outro tipo de música.

Fonte: MIT

Pela primeira vez, neurocientistas do MIT identificaram uma população de neurônios no cérebro humano que se ilumina quando ouvimos cantar, mas não outros tipos de música.

Esses neurônios, encontrados no córtex auditivo, parecem responder à combinação específica de voz e música, mas não à fala regular ou à música instrumental. Exatamente o que eles estão fazendo é desconhecido e exigirá mais trabalho para descobrir, dizem os pesquisadores.

"O trabalho fornece evidências para a segregação relativamente fina da função dentro do córtex auditivo, de uma forma que se alinha a uma distinção intuitiva dentro da música", diz Sam Norman-Haignere, ex-pós-doutor do MIT que agora é professor assistente de neurociência no Centro Médico da Universidade de Rochester.


O trabalho se baseia em um estudo de 2015 no qual a mesma equipe de pesquisa usou ressonância magnética funcional (fMRI) para identificar uma população de neurônios no córtex auditivo do cérebro que responde especificamente à música. No novo trabalho, os pesquisadores usaram gravações de atividade elétrica tiradas na superfície do cérebro, o que lhes deu informações muito mais precisas do que a ressonância magnética.

"Há uma população de neurônios que responde ao canto, e então muito perto há outra população de neurônios que responde amplamente a muita música. Na escala da ressonância magnética, eles estão tão perto que você não pode desembaraçá-los, mas com gravações intracranianas, temos resolução adicional, e é isso que acreditamos que nos permitiu separá-los", diz Norman-Haignere.

Norman-Haignere é o principal autor do estudo, que aparece hoje na revista Current Biology. Josh McDermott, professor associado de ciências cerebrais e cognitivas, e Nancy Kanwisher, professora de Neurociência Cognitiva Walter A. Rosenblith, ambos membros do Instituto McGovern de Pesquisa Cerebral e Centro de Cérebros, Mentes e Máquinas (CBMM), são os autores seniores do estudo.

Gravações neurais

Em seu estudo de 2015, os pesquisadores usaram a ressonância magnética para escanear os cérebros dos participantes enquanto ouviam uma coleção de 165 sons, incluindo diferentes tipos de fala e música, bem como sons cotidianos, como bater os dedos ou latir um cachorro. Para esse estudo, os pesquisadores elaboraram um novo método de análise dos dados da ressonância magnética, que lhes permitiu identificar seis populações neurais com diferentes padrões de resposta, incluindo a população seletiva musical e outra população que responde seletivamente à fala.

No novo estudo, os pesquisadores esperavam obter dados de maior resolução usando uma técnica conhecida como eletrocorticografia (ECoG), que permite que a atividade elétrica seja registrada por eletrodos colocados dentro do crânio. Isso oferece uma imagem muito mais precisa da atividade elétrica no cérebro em comparação com a ressonância magnética, que mede o fluxo sanguíneo no cérebro como um proxy da atividade do neurônio.

"Com a maioria dos métodos na neurociência cognitiva humana, você não pode ver as representações neurais", diz Kanwisher. "A maioria dos dados que podemos coletar pode nos dizer que aqui está um pedaço de cérebro que faz algo, mas isso é bastante limitado. Queremos saber o que está representado lá."


A eletrocorticografia não pode ser realizada tipicamente em humanos porque é um procedimento invasivo, mas muitas vezes é usada para monitorar pacientes com epilepsia que estão prestes a se submeter a cirurgia para tratar suas convulsões. Os pacientes são monitorados ao longo de vários dias para que os médicos possam determinar de onde suas convulsões estão se originando antes de operar. Durante esse tempo, se os pacientes concordarem, eles podem participar de estudos que envolvem medir sua atividade cerebral enquanto realizam certas tarefas. Para este estudo, a equipe do MIT conseguiu coletar dados de 15 participantes ao longo de vários anos.

Para esses participantes, os pesquisadores tocaram o mesmo conjunto de 165 sons que usaram no estudo anterior da RMRI. A localização dos eletrodos de cada paciente foi determinada por seus cirurgiões, de modo que alguns não captaram nenhuma resposta à entrada auditiva, mas muitos o fizeram. Utilizando uma nova análise estatística que desenvolveram, os pesquisadores conseguiram inferir os tipos de populações neurais que produziam os dados registrados por cada eletrodo.

"Quando aplicamos esse método a esse conjunto de dados, surgiu esse padrão de resposta neural que só respondeu ao canto", diz Norman-Haignere. "Este foi um achado que realmente não esperávamos, então justifica muito o ponto da abordagem, que é revelar coisas potencialmente novas que você pode não pensar em procurar."

Essa população específica de neurônios teve respostas muito fracas à fala ou à música instrumental, e, portanto, é distinta das populações musicais e seletivas de fala identificadas em seu estudo de 2015.

Música no cérebro

Na segunda parte de seu estudo, os pesquisadores criaram um método matemático para combinar os dados das gravações intracranianas com os dados de ressonância magnética de seu estudo de 2015. Como a ressonância magnética pode cobrir uma porção muito maior do cérebro, isso permitiu que eles determinassem com mais precisão as localizações das populações neurais que respondem ao canto.


"Essa forma de combinar ECoG e fMRI é um avanço metodológico significativo", diz McDermott. "Muitas pessoas têm feito ECoG nos últimos 10 ou 15 anos, mas sempre foi limitado por essa questão da esparsidade das gravações. Sam é realmente a primeira pessoa que descobriu como combinar a resolução melhorada das gravações de eletrodos com dados de ressonância magnética para obter uma melhor localização das respostas gerais."

O hotspot específico da canção que eles encontraram está localizado no topo do lobo temporal, perto de regiões que são seletivas para linguagem e música. Esse local sugere que a população específica da canção pode estar respondendo a características como o tom percebido, ou a interação entre palavras e tom percebido, antes de enviar informações para outras partes do cérebro para posterior processamento, dizem os pesquisadores.

Os pesquisadores agora esperam aprender mais sobre quais aspectos do canto impulsionam as respostas desses neurônios. Eles também estão trabalhando com o laboratório da professora do MIT Rebecca Saxe para estudar se os bebês têm áreas seletivas de música, na esperança de aprender mais sobre quando e como essas regiões cerebrais se desenvolvem.

Financiamento: A pesquisa foi financiada pelos Institutos Nacionais de Saúde, pelo Escritório de Pesquisa do Exército dos EUA, pela Fundação Nacional de Ciência, pelo Centro de Ciência e Tecnologia para Cérebros, Mentes e Máquinas da NSF, pelo Fondazione Neurone e pelo Howard Hughes Medical Institute.

“A neural population selective for song in human auditory cortex” by Sam Norman-Haignere et a;. Current Biology


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