nos primeiros dias da imagiologia por ressonância magnética funcional (fMRI), os pesquisadores analisaram principalmente como as áreas cerebrais responderam a um estímulo, seja uma luz, um ruído, ou algum tipo de tarefa cognitiva. Mas como estudante de pós-graduação na Faculdade de Medicina de Wisconsin, em Milwaukee, Bharat Biswal teve um pedido incomum de seus sujeitos de teste de fMRI: subir no scanner e fazer, bem, nada.
the default mode network, shown here in resting-state fMRI scans (Upper), includes the posterior cingulate cortex, hippocampus, and the medial prefrontal cortex. Imagem tensora de difusão, uma técnica de ressonância magnética que destaca a matéria branca do cérebro, revela fibras nervosas conectando essas regiões cerebrais (córtex cingulado posterior em vermelho; córtex pré-frontal medial em amarelo; hipocampo em verde e rosa). Adaptado do ref. 5, with permission from Oxford University Press.
Biswal esperava que a conversa neuronal espontânea em repouso fosse mais ou menos aleatória e não estruturada. Em vez disso, ele viu estrutura, organização, correlações entre grupos de regiões cerebrais que eram conhecidos por funcionar juntos. Diferentes regiões do sistema sensorimotor do cérebro flutuaram lentamente e sincronicamente na ausência de qualquer tarefa explícita. Foi o primeiro passo para o estudo da “conectividade estado de repouso”, uma abordagem que promete ajudar os pesquisadores a estudar a organização funcional do cérebro saudável e anormal, particularmente em crianças e outros que não podem completar tarefas cognitivas desafiadoras. (See Perspective page 14105.)
Biswal’s 1995 paper, which is now recognized as a seminal resting-state fMRI study, received little attention at first (1). Mas em 2001, o neurocientista Marcus Raichle e seus colegas na Universidade de Washington em St. Louis despertou um interesse generalizado na abordagem quando eles descreveram uma rede cerebral anteriormente desconhecida que parecia desempenhar um papel chave em uma linha de base, ou padrão, Modo do cérebro (2). Ao contrário do sensorimotor e de várias outras redes cerebrais, que foram inicialmente identificadas pela sua ativação durante as tarefas, esta rede de mistério exibiu alta atividade de base que realmente diminuiu quando os sujeitos envolvidos em uma variedade de tarefas cognitivas.”ele disse algo importante sobre a atividade contínua do cérebro, e o fato de que ele não está apenas sentado lá esperando por alguém de casaco branco para vir e lhe dizer o que fazer”, diz Raichle.intrigado com o que o cérebro pode estar fazendo durante períodos supostamente inativos, Raichle e outros começaram a explorar esta chamada “rede de modo padrão”, que parecia estar envolvida em processos cognitivos de alto nível, tais como autoconsciência e memória. Michael Greicius, um neurocientista comportamental na Universidade de Stanford, na Califórnia, logo seguiu o trabalho de Raichle, demonstrando que em repouso, os componentes individuais da rede de modo padrão do cérebro mostram oscilações correlacionadas, assim como Biswal tinha visto para a rede sensorimotor (3).
“essa série de trabalhos realmente aumentou o perfil da pesquisa”, diz Biswal, agora um professor no New Jersey Institute of Technology em Newark. Os achados sugeriram que as redes de regiões cerebrais que ativam ou desativam em conjunto durante as tarefas mantêm assinaturas de sua conectividade que podem ser detectadas e estudadas mesmo em repouso. Potencialmente, significava que os neurocientistas seriam capazes de mapear o diagrama básico da cablagem do cérebro sem o uso de tarefas especialmente projetadas.
a ideia gerou intenso interesse, mas também uma dose saudável de ceticismo de muitos neurocientistas. “Parecia bom demais para ser verdade, e fácil demais”, diz Greicius. “As pessoas começaram a pensar se poderia ser realmente neural.”
muitos pesquisadores inicialmente questionaram se as flutuações rítmicas e sincronizadas observadas durante o estado de repouso poderiam ser artefatos de outras funções corporais, como respiração ou batimentos cardíacos. Mas essas dúvidas gradualmente desvaneceram-se à medida que mais estudos se replicavam e se expandiam sobre os primeiros resultados. Pesquisas mostraram que a atividade correlacionada corria ao longo de redes estruturais de fibras nervosas no cérebro, e que romper cirurgicamente conexões entre áreas poderia interromper a atividade de rede de Estado de repouso, sugerindo que as correlações refletiam um aspecto genuíno e fundamental da comunicação neuronal (4⇓-6). A função precisa da rede de modo padrão permanece uma questão de debate, mas suas regiões cerebrais componentes estão envolvidas em processos como pensamento auto-referencial, processamento emocional e memória.
além do sensorimotor e redes de modo padrão, muitas outras redes cerebrais já foram observadas em repouso, incluindo aqueles envolvidos na visão, audição e memória (7). Em cada um destes casos, as mesmas regiões que fogem juntas durante as tarefas parecem zumbir juntas em repouso, mantendo uma assinatura de sua organização funcional. As oscilações lentas e sincronizadas dentro de cada rede-que são independentes uma da outra-também são notavelmente robustas, persistindo mesmo durante o sono e sob anestesia (8, 9).nos últimos anos, a aceitação da abordagem começou. E em 2010, quando o NIH lançou o projeto Human Connectome—um esforço de cinco anos em larga escala para mapear as redes cerebrais de mais de 1.000 pessoas-a agência selecionou o estado de repouso fMRI como uma das principais técnicas para o projeto. “Esse foi um grande sinal do campo em geral de que a conectividade estado de repouso está pronta para o horário nobre”, diz Greicius.os neurocientistas podem estudar a atividade cerebral em crianças pequenas ou doentes que, de outra forma, seriam incapazes de completar experiências longas ou realizar tarefas cognitivas complexas. E ao contrário da imagiologia baseada em tarefas, que tipicamente destaca uma única rede cerebral associada a uma dada tarefa, o estado de repouso fMRI permite aos pesquisadores observar muitas redes ao mesmo tempo. A simplicidade do procedimento e sua duração relativamente curta (muitas vezes levando cerca de 5-10 minutos em comparação com 30 minutos ou mais para muitos estudos baseados em tarefas), também tornou mais fácil para os pesquisadores replicar as experiências uns dos outros e comparar resultados.o neurocientista Wei Gao, do Cedars-Sinai Medical Center, em Los Angeles, é um dos vários investigadores que usam a ressonância magnética em crianças adormecidas para estudar como as redes cerebrais se formam e evoluem durante o desenvolvimento. Enquanto alguns circuitos, como a rede sensorimotor e a rede auditiva, parecem bastante bem estabelecidos no nascimento, Gao descobriu que outras redes, como a rede de modo padrão, são muito mais lentas para se desenvolver (10).
“com duas semanas de idade, não há uma rede de modo padrão por si só, apenas regiões cerebrais isoladas”, diz ele. Os resultados da Gao mostram que as regiões centrais da rede gradualmente se sincronizam ao longo do primeiro ano, com refinamentos adicionais continuando pelo menos até os dois anos de idade (10, 11). A função destas mudanças ainda é incerta; mas as descobertas de Gao se alinham com dados psicológicos mostrando que os bebês tipicamente iniciam comportamentos auto-admiráveis e embaraçosos entre 14 e 20 Meses, e aprendem a reconhecer suas próprias reflexões entre 20 e 24 meses de idade (12).a imagiologia do Estado de repouso também pode fornecer novas ideias sobre como a conectividade cerebral corre mal. A interrupção da rede de modo padrão, por exemplo, tem sido associada à doença de Alzheimer, depressão, autismo e esquizofrenia (13). No caso do autismo, tanto os estudos baseados em Tarefas como alguns estudos de Estado de repouso também revelaram padrões anormais “ser capaz de usar o estado de repouso para digitalizar crianças jovens e pessoas com uma gama de habilidades é uma grande coisa para o campo clinicamente.”- Lucina Uddinof connectivity in several other networks, including those involved in working memory, language, emotion processing, and social cognition (14).”ainda estamos nas fases iniciais da descoberta”, diz a neurocientista cognitiva Lucina Uddin, que estuda o autismo em crianças na Universidade de Miami, na Flórida. Com imagens baseadas em tarefas dominando o campo por décadas, existe uma escassez de dados de crianças e pessoas com sintomas graves de autismo, que muitas vezes não podem completar uma experiência psicológica padrão no scanner. “Ser capaz de usar o estado de descanso para sondar crianças e pessoas com uma gama de habilidades é uma grande coisa para o campo clinicamente”, diz Uddin.até agora, os biomarcadores fMRI para diagnosticar indivíduos com autismo ou doenças neurodegenerativas têm se mostrado difíceis de desenvolver. Mas os cientistas esperam usar a conectividade estado de repouso para ajudar a melhorar os tratamentos para pacientes neuropsiquiátricos que já foram diagnosticados por outros meios.
na Harvard Medical School em Boston, Massachusetts, o neurologista Michael Fox está investigando as redes envolvidas na estimulação cerebral terapêutica, um conjunto de técnicas usadas para tratar a doença de Parkinson, depressão e outras condições. Os pesquisadores ainda têm apenas uma vaga compreensão de como essas técnicas aliviam os sintomas neurológicos, e por que certos locais de estimulação são mais eficazes.
“Se você quer tentar entender como a estimulação cerebral propaga e afeta uma rede, você tem que entender como essa rede se parece”, diz Fox. Um recente estudo de conectividade de Estado de repouso por seu grupo sugere que diferentes locais de estimulação que trabalham para a mesma desordem muitas vezes pertencem à mesma rede cerebral, enquanto sites ineficazes parecem não estar conectados (15). A descoberta, diz Fox, sugere que no futuro, mapas de conectividade estado de repouso poderiam ser usados para prever se certos sites serão eficazes em um paciente individual, ou para localizar novos sites candidatos para estimulação.as aplicações para a conectividade em estado de repouso continuam a expandir-se. “Eu não acho que eu tinha antecipado que mais tarde haveria tanto interesse neste trabalho”, diz Biswal.
Raichle e outros acreditam na simplicidade e versatilidade da técnica. “Você pode estudar crianças recém-nascidas e vê-las se desenvolver, e você pode saltar para a outra extremidade do espectro e estudar pessoas que estão envelhecendo e não estão funcionando bem”, diz ele. “Ele realmente abriu a porta para estudar a organização funcional do cérebro.”