Cientistas alertam que devemos preparar-nos: duas áreas do cérebro trabalham juntas como uma ampulheta.

A nova investigação de neurocientistas dos EUA sugere que este temporizador interno é mais vulnerável e mais poderoso do que a maioria de nós imagina, e que poderá moldar a forma como um país inteiro lida com o envelhecimento, a doença neurológica e até a saúde mental nas próximas décadas.

Duas regiões do cérebro a funcionar como uma ampulheta

Investigadores do Max Planck Florida Institute for Neuroscience mapearam a forma como duas áreas-chave do cérebro cooperam para manter os nossos movimentos sincronizados. O trabalho, publicado na revista Nature, mostra que o córtex motor e o estriado se comportam em conjunto como uma pequena ampulheta biológica, medindo o tempo para que possamos agir exatamente no momento certo.

Quando fala, bate numa bola de ténis ou simplesmente estende a mão para pegar numa chávena, o seu cérebro tem de avaliar frações de segundo com grande precisão. Não temos um “órgão do tempo” como temos olhos ou ouvidos. Em vez disso, o sentido de tempo emerge de padrões de atividade elétrica em redes de neurónios. Até agora, os investigadores sabiam que tanto o córtex motor como o estriado estavam envolvidos, mas a divisão exata de tarefas entre ambos não era clara.

Os cientistas defendem agora que o nosso sistema interno de temporização pode ser pausado ou reiniciado, tal como ao apertar ou virar uma ampulheta.

O novo estudo ajuda a explicar como estas duas regiões partilham o trabalho de contar o tempo e desencadear o movimento. Também sugere formas de reparar este processo em condições como a doença de Parkinson e a doença de Huntington, nas quais a temporização e o movimento se desregulam gravemente.

Treinar ratinhos para “sentirem” um segundo

Para investigar o sistema de temporização do cérebro, a equipa treinou ratinhos para realizar uma tarefa simples mas precisa: lamber um dispensador num momento específico, tipicamente um segundo após um sinal, para receber uma recompensa. Esse segundo revelou-se uma janela poderosa para o cronómetro oculto do cérebro.

Enquanto os ratinhos esperavam e depois lambiam, os investigadores registaram a atividade de milhares de neurónios tanto no córtex motor como no estriado. Isto permitiu-lhes observar como os sinais neurais evoluíam ao longo do tempo, como grãos de areia a cair de uma câmara para a outra.

• O córtex motor gerou um padrão fluido de sinais durante o período de espera.
• O estriado foi acumulando gradualmente atividade em resposta a esses sinais.
• Quando a atividade no estriado atingiu um determinado limiar, o ratinho iniciava a lambidela.

Este padrão correspondeu de forma notável à metáfora da ampulheta que os cientistas tinham proposto antes do estudo.

Como a ampulheta do cérebro funciona na prática

O córtex motor: a câmara superior da ampulheta

O córtex motor localiza-se na parte frontal do cérebro e está fortemente envolvido no planeamento e no início do movimento voluntário. No novo trabalho, atuou como a câmara superior de uma ampulheta, enviando um “fluxo” contínuo de sinais relacionados com a temporização para o estriado.

Estes sinais não representam o tempo como um número num relógio. Em vez disso, parecem padrões de disparo neuronal que evoluem lentamente e se desenrolam ao longo de centenas de milissegundos. O cérebro pode então usar estes padrões como uma referência flexível, semelhante à forma como um músico sente o ritmo sem contar cada nota.

O estriado: a câmara inferior e o ponto de decisão

O estriado, parte de um conjunto de estruturas profundas chamado gânglios da base, comportou-se como a câmara inferior da ampulheta. Foi acumulando gradualmente os sinais recebidos do córtex motor.

À medida que esta acumulação crescia, o sistema aproximava-se da ação. Quando o aumento ultrapassava um certo nível, o movimento era libertado. O momento da lambidela coincidiu de perto com o pico de atividade no estriado, mostrando que esta área cerebral funcionou como a “porta” de decisão.

O córtex motor parece enviar o tempo; o estriado transforma esse tempo numa decisão de mover.

Pausar e rebobinar o relógio do cérebro

Os resultados mais marcantes surgiram quando os investigadores desligaram temporariamente uma área ou outra usando optogenética, uma técnica que utiliza luz para silenciar neurónios específicos por apenas uma fração de segundo.

Silenciar o córtex motor: carregar em pausa

Quando o córtex motor foi brevemente silenciado, o fluxo de sinais de temporização parou. O efeito no comportamento foi claro: os ratinhos lambiam mais tarde do que o habitual.

Ao nível neural, a atividade do estriado deixou de aumentar durante o tempo em que o córtex esteve desligado. Quando voltou a funcionar, o padrão temporal simplesmente retomou a partir do ponto onde tinha ficado.

Cortar o córtex motor interrompeu o temporizador interno, como apertar o gargalo de uma ampulheta para a areia deixar de fluir.

O cérebro não “esqueceu” quanto tempo já tinha passado; apenas deixou de o acrescentar. Essa pausa traduziu-se num atraso do movimento do ratinho.

Silenciar o estriado: virar o temporizador

Desligar o estriado produziu um efeito muito diferente. Em vez de pausar, o sistema comportou-se como se o temporizador tivesse sido reiniciado. Quando o estriado foi brevemente silenciado, os ratinhos esperavam ainda mais para lamber, como se o tempo tivesse recuado.

Os registos neuronais confirmaram que a acumulação de atividade no estriado reiniciava efetivamente após a interrupção, semelhante a virar uma ampulheta ao contrário. O córtex motor continuou a gerar o seu sinal fluido, mas sem o processo de acumulação do estriado, esse sinal não se traduzia em movimento no momento habitual.

Porque isto importa para uma população envelhecida e doente

Tanto o córtex motor como o estriado são profundamente afetados em perturbações do movimento. Na doença de Parkinson, por exemplo, as células em circuitos relacionados dos gânglios da base degeneram, levando a lentidão, rigidez e dificuldade em iniciar ou interromper movimentos. A temporização desregula-se, e ações quotidianas tornam-se imprevisíveis.

A doença de Huntington também afeta fortemente o estriado, causando movimentos bruscos e perda de coordenação. Os novos resultados oferecem um modelo concreto de como tais doenças podem perturbar não apenas a força ou o equilíbrio, mas os próprios sinais temporais que permitem que as ações decorram de forma suave.

Área cerebral	Papel na temporização	O que acontece se for perturbada
Córtex motor	Gera o fluxo de sinais relacionados com o tempo	O relógio interno pausa; os movimentos atrasam-se
Estriado	Acumula sinais e desencadeia o movimento	O temporizador reinicia; os movimentos atrasam-se ainda mais ou ficam desfasados

À medida que as populações envelhecem, aumenta o número de pessoas a viver com estas perturbações em países inteiros. Isso aumenta a pressão sobre os sistemas de saúde, os cuidados sociais e as famílias. Compreender os circuitos de temporização dá aos investigadores alvos mais precisos para futuros tratamentos.

As conclusões apontam para terapias que não se limitam a fortalecer músculos, mas que procuram reparar o sentido interno de “quando” do cérebro.

Terapias futuras: do laboratório com ratinhos aos doentes humanos

O novo modelo de ampulheta pode orientar a forma como os médicos ajustam a atividade cerebral com medicamentos, estimulação cerebral profunda ou, eventualmente, técnicas baseadas em luz adaptadas da optogenética. Em vez de aumentar ou diminuir a atividade de forma generalizada, os clínicos poderão procurar restaurar o padrão correto de fluxo e acumulação entre o córtex motor e o estriado.

Por exemplo, a estimulação cerebral profunda usada no Parkinson poderia ser afinada para apoiar o papel do estriado como “porta” de temporização, em vez de apenas amortecer sinais defeituosos. Programas de reabilitação também poderão ser redesenhados para treinar diretamente a temporização, usando pistas rítmicas, tarefas gamificadas ou ambientes de realidade virtual que recompensem movimentos precisos e adaptáveis.

Temporização para além do movimento: o que mais poderá ser afetado

A temporização no cérebro não governa apenas o movimento físico. Também molda a fala, a atenção, a tomada de decisão e até a forma como experienciamos música e emoções. Muitas condições psiquiátricas, incluindo TDAH e esquizofrenia, mostram problemas subtis de temporização em testes laboratoriais.

Se a ampulheta córtex–estriado for um motivo geral de temporização, a sua perturbação poderá ter efeitos em cadeia na educação, na produtividade e na saúde mental em grande escala. Países já observam taxas crescentes de diagnóstico de perturbações de atenção e de movimento em crianças. Modelos melhores de temporização podem ajudar a refinar ferramentas de rastreio e intervenções nas escolas.

Termos-chave que vale a pena esclarecer

Estriado: Uma estrutura cerebral profunda que recebe informação de muitas áreas corticais. Ajuda a decidir que ações realizar e quando. Está fortemente envolvida na formação de hábitos e no comportamento orientado por recompensas.

Optogenética: Uma técnica laboratorial em que os neurónios são geneticamente modificados para responder à luz. Os cientistas podem então ativar ou silenciar esses neurónios com grande precisão temporal, projetando luz através de pequenas fibras óticas.

Relógio interno: Não é um único órgão, mas um processo em rede que permite ao cérebro medir intervalos de milissegundos a segundos. Redes diferentes lidam com intervalos diferentes, e podem ser treinadas, tal como um músculo.

O que isto poderá significar para o dia a dia

Imagine conduzir em trânsito intenso. Precisa de temporizar a travagem e a aceleração em frações de segundo. Um pequeno desvio na ampulheta do cérebro pode ser a diferença entre uma paragem suave e uma pequena colisão. Em fábricas, blocos operatórios, campos desportivos e cidades cheias, uma temporização finamente afinada sustenta a segurança e o desempenho.

Treinos que visam a temporização - como aulas de movimento rítmico, prática musical ou exercícios desportivos - podem apoiar a saúde destas redes cerebrais. Embora nenhum exercício consiga, por si só, reverter degeneração grave, manter o córtex e o estriado envolvidos em tarefas variadas e sensíveis ao tempo poderá ajudar a sustentar a função durante mais tempo, especialmente em populações envelhecidas.

A nova investigação não oferece uma cura imediata. No entanto, torna mais nítida a nossa visão de um mecanismo oculto que afeta o futuro de saúde de um país inteiro: quão bem os nossos cérebros ainda conseguem sentir a passagem de um segundo e mover-se exatamente no momento certo.