Gravações raras pré e pós-operatórias mostram o que acontece depois que o cérebro perde um hub

Uma equipe de neurocientistas internacionais liderada pela Universidade de Iowa obteve as primeiras gravações diretas do cérebro humano minutos antes e depois de um centro cerebral crucial para o significado da linguagem ter sido desconectado cirurgicamente. Os resultados revelam a importância dos hubs cerebrais nas redes neurais e a forma notável como o cérebro humano tenta compensar quando um hub é perdido, com um imediatismo não observado anteriormente.

Os hubs estão por toda parte. O cubo de uma roda de bicicleta, com raios saindo do centro, evita que a roda desmorone quando a bicicleta é andada. Os hubs aeroportuários conectam cidades em todo o mundo. E centros sociais como cafeterias ou redes sociais online são locais onde as pessoas se reúnem para interação.

O cérebro humano também possui centros – a interseção de muitas vias neuronais que ajudam a coordenar a atividade cerebral necessária para funções complexas, como compreender e responder à fala. No entanto, tem sido controverso se os centros cerebrais altamente interconectados são insubstituíveis para certas funções cerebrais.

Segundo alguns relatos, o cérebro, como uma rede neural já altamente interligada, pode, em princípio, compensar imediatamente a perda de um centro, da mesma forma que o tráfego pode ser redireccionado em torno de um centro de cidade bloqueado.

Com uma rara oportunidade experimental, as equipes neurocirúrgicas e de pesquisa da UI lideradas por Matthew Howard III, MD, professor e DEO de neurocirurgia, e Christopher Petkov, Ph.D., professor e vice-presidente de pesquisa em neurocirurgia, alcançaram um avanço na compreensão a necessidade de um único hub.

Ao obter evidências do que acontece quando um centro necessário para o significado da linguagem é perdido, os pesquisadores mostraram tanto a importância intrínseca do centro, bem como a notável e rápida capacidade do cérebro de se adaptar e, pelo menos parcialmente, tentar compensar imediatamente a sua perda. . As descobertas foram relatadas recentemente na revista Comunicações da Natureza.

Avaliando o impacto da perda de um centro cerebral

O estudo foi realizado durante o tratamento cirúrgico de dois pacientes com epilepsia. Ambos os pacientes estavam sendo submetidos a procedimentos que exigiam a remoção cirúrgica do lobo temporal anterior – um centro cerebral para o significado da linguagem – para permitir aos neurocirurgiões acesso a uma área cerebral mais profunda, causando as crises epilépticas debilitantes dos pacientes.

Antes deste tipo de cirurgia, as equipas de neurocirurgia pedem frequentemente aos pacientes que realizem tarefas de fala e linguagem na sala de operações, uma vez que a equipa utiliza eléctrodos implantados para registar a actividade de partes do cérebro próximas e distantes da área de cirurgia planeada. Essas gravações ajudam a equipe clínica a tratar eficazmente as convulsões, ao mesmo tempo que limitam o impacto da cirurgia nas habilidades de fala e linguagem do paciente.

Normalmente, os eletrodos de registro não são necessários após o procedimento de ressecção cirúrgica e são removidos. A inovação neste estudo foi que a equipe de neurocirurgia conseguiu concluir o procedimento com segurança com os eletrodos de registro deixados no lugar ou recolocados no mesmo local após o procedimento.

Isso possibilitou a obtenção de gravações raras pré e pós-operatórias, permitindo aos pesquisadores avaliar sinais de áreas cerebrais distantes do centro, incluindo áreas de fala e linguagem distantes do local da cirurgia. A análise da mudança nas respostas aos sons da fala antes e depois da perda do hub revelou uma rápida interrupção da sinalização e subsequente compensação parcial da rede cerebral mais ampla.

“O rápido impacto nas regiões de processamento da fala e da linguagem bem distantes do local do tratamento cirúrgico foi surpreendente, mas o que foi ainda mais surpreendente foi como o cérebro estava trabalhando para compensar, embora de forma incompleta dentro deste curto espaço de tempo”, diz Petkov, que também defende uma consulta na Newcastle University Medical School, no Reino Unido.

As descobertas refutam as teorias que desafiam a necessidade de centros cerebrais específicos, mostrando que o centro era importante para manter o processamento normal do cérebro na linguagem.

“O tratamento neurocirúrgico e as novas tecnologias continuam a melhorar as opções de tratamento oferecidas aos pacientes”, diz Howard, que também é membro do Iowa Neuroscience Institute. “Pesquisas como esta ressaltam a importância de obter e comparar com segurança registros elétricos pré e pós-operatórios, especialmente quando um centro cerebral pode ser afetado”.

Segundo os investigadores, a observação sobre a natureza do impacto imediato numa rede neural e a sua rápida tentativa de compensação fornece provas que apoiam uma teoria do cérebro proposta pelo professor Karl Friston da University College London, que postula que qualquer sistema auto-organizado em equilíbrio trabalha no sentido da ordem, minimizando a sua energia livre, uma resistência da tendência universal para a desordem.

Estes resultados neurobiológicos após a desconexão do centro do cérebro humano foram consistentes com várias previsões desta e de teorias neurobiológicas relacionadas, mostrando como o cérebro funciona para tentar recuperar a ordem após a perda de um dos seus centros.

Além de Petkov e Howard, a equipe de pesquisa incluiu pesquisadores dos Departamentos de Neurocirurgia, Radiologia e Ciências Psicológicas e do Cérebro da UI, bem como colegas da Universidade de Newcastle, UCL e Universidade de Cambridge, no Reino Unido, e da Universidade Carnegie Mellon. , Universidade de Wisconsin-Madison e Universidade Gonzaga nos Estados Unidos.