Encontrando a raiz da consciência: esta célula do cérebro é o seu "olho da mente"

Atualizado: 19 de jul. de 2021

48-2020


"Uma característica fundamental da consciência é que o conteúdo da consciência depende do estado de consciência."



30 de setembro 2016 Neuroscience


Os pesquisadores acreditam ter identificado neurônios específicos que são responsáveis ​​pela percepção consciente. Estudos anteriores envolveram circuitos tálamo-corticais e circuitos cortico-cortico na consciência. O novo estudo relata que essas redes se cruzam por meio de neurônios L5p. A ativação direta dos neurônios L5p fez com que os ratos reagissem a estímulos sensoriais mais fracos. Os pesquisadores dizem que se a consciência requer neurônios L5p, toda atividade cerebral sem eles deve ser inconsciente.


Fonte: Fronteiras


Ninguém sabe o que conecta a percepção - o estado de consciência - com seus conteúdos, ou seja, pensamentos e experiências. Agora os pesquisadores propõem uma solução elegante: uma conexão literal e estrutural.


‘Circuitos de conteúdo’ dentro do córtex são conectados a ‘circuitos de quadro de distribuição’ que alocam a consciência, diz a teoria, por meio de células corticais chamadas neurônios L5p.


Escrevendo em Frontiers in Systems Neuroscience, o grupo oferece evidências - e ressalvas. Seu desafio para os experimentalistas: se a consciência requer neurônios L5p, toda a atividade cerebral sem eles deve ser inconsciente.


Estado vs. conteúdo do consciente

A maioria dos neurocientistas que persegue os mecanismos neurais da consciência se concentra em seu conteúdo, medindo as mudanças no cérebro quando ele pensa sobre uma coisa particular - um cheiro, uma memória, uma emoção. Separadamente, outros estudam como o cérebro se comporta durante diferentes estados conscientes, como vigília alerta, sonho, sono profundo ou anestesia.



A maioria concorda que os dois são indivisíveis: você não pode pensar, sentir ou experimentar nada sem estar ciente, nem estar "ciente" de nada. Mas, por causa da abordagem dividida, “ninguém sabe como e por que o conteúdo e o estado de consciência estão tão intimamente ligados”, diz o Dr. Jaan Aru, neurocientista da Universidade Humboldt de Berlim e principal autor da nova teoria.


Circuitos separados

A divisão criada entre o estado e o conteúdo da consciência é anatômica.


Acredita-se que nosso estado de consciência dependa da atividade dos chamados circuitos "tálamo-corticais". Estas são conexões entre neurônios no córtex e neurônios no tálamo - um centro de retransmissão do tamanho de um polegar no meio do cérebro que controla o fluxo de informações dos sentidos (exceto o cheiro). Acredita-se que os circuitos talamocorticais sejam o alvo da anestesia geral, e os danos a esses neurônios devido a tumores ou derrame muitas vezes resultam em coma.


Em contraste, os estudos de imagens cerebrais funcionais localizam o conteúdo da consciência principalmente dentro do córtex, em circuitos "cortico-corticais”. O elo que faltava?

Aru e seus colegas acreditam que os neurônios L5p estão em uma posição única para preencher a lacuna.


“Os circuitos tálamo-cortical e cortico-cortical se cruzam via neurônios L5p”, explica Aru. “Estudos que rastreiam essas células ao microscópio sugerem que elas participam de ambos os circuitos, trocando conexões com o tálamo e o córtex”.




Estudos funcionais do cérebro sugerem que essas células podem de fato acoplar o estado e o conteúdo da consciência. Imagens do cérebro em nível celular em ratos mostram que os neurônios L5p respondem a um estímulo sensorial (sopro de ar para a perna); que essa resposta aumenta quando o animal está acordado; e que é muito mais forte quando o animal reage ao estímulo (move a perna).


“Não sabemos o que o rato está pensando”, admite Aru. “Mas se presumirmos que ele reage apenas quando está consciente do estímulo, então este estudo demonstra a interação entre o estado [vigília] e o conteúdo [experiência sensorial] da consciência nos neurônios L5p.”


A suposição é consistente com um estudo semelhante em ratos. Este foi além, mostrando que a ativação direta dos neurônios L5p responsivos ao estímulo (por exemplo, com drogas) faz o animal reagir a um estímulo sensorial mais fraco - e às vezes sem qualquer estímulo.


“É como se o rato experimentasse um estímulo ilusório; como se a estimulação L5p criasse consciência ”, acrescenta Aru. “Nosso objetivo aqui é convencer os outros de que trabalhos futuros sobre os mecanismos da consciência devem ter como alvo específico os neurônios L5p.”


No entanto, esse arranjo geral pode explicar algumas peculiaridades de consciência bem conhecidas.


Por exemplo, o atraso de processamento deste longo retransmissor - do circuito cortico-cortical ao tálamo-cortical e de volta aos neurônios L5p - poderia explicar por que mudanças rápidas de estímulos muitas vezes escapam à percepção consciente. (Pense em mensagens subliminares em vídeo.)


Uma característica desse fenômeno é o "mascaramento reverso": quando duas imagens são apresentadas brevemente em rápida sucessão (50-100 ms), apenas a segunda imagem é percebida conscientemente. Neste caso, postula Aru, "no momento em que o estímulo completa o retransmissor L5p-tálamo-L5p, a segunda imagem assumiu a representação cortical inicial e rouba o holofote iluminado pela primeira imagem.” A teoria também pode ajudar a explicar por que geralmente temos poucos insights conscientes sobre alguns processos cerebrais, como planejar o movimento ou mesmo a sintaxe.


“Toda atividade cerebral que não envolve (suficientemente) os neurônios L5p permanece inconsciente”, prevê Aru.


É aí que está a chave para testar esta emocionante teoria.





Fonte:

Fronteiras

Contatos de mídia:

Matt Prior - Fronteiras

Fonte da imagem:

A imagem é creditada a Syuan-Ming Guo e Li Li.


Pesquisa Original: Acesso aberto

“Acoplando o Estado e o Conteúdo da Consciência”. Jaan Aru, Mototaka Suzuki, Renate Rutiku, Matthew E. Larkum e Talis Bachmann.

Frontiers in Systems Neuroscience doi: 10.3389 / fnsys.2019.00043.




Resumo:


Acoplando o estado e o conteúdo da consciência.


  • Uma característica fundamental da consciência é que o conteúdo da consciência depende do estado de consciência. Aqui, propomos uma resposta para o porquê disso: tanto o estado quanto o conteúdo da consciência dependem da atividade dos neurônios piramidais da camada cortical 5 (L5p). Esses neurônios afetam tanto o processamento cortical quanto o talâmico, acoplando, assim, as alças cortico-cortical e tálamo-corticais. Funcionalmente, esse acoplamento corresponde ao acoplamento entre o estado e o conteúdo da consciência. Juntas, as alças cortico-corticais e tálamo-corticais formam um sistema de difusão tálamo-cortical, onde as células L5p são os elementos centrais. Essa perspectiva faz uma previsão bastante específica: o processamento cortical que não inclui neurônios L5p ficará inconsciente. De forma mais geral, a presente perspectiva sugere que os neurônios L5p têm um papel central nos mecanismos subjacentes à consciência.


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English Version


Finding the root of consciousness: Is this brain cell your Œmind¹s eye¹

Tradução do Titulo: Encontrando a raiz da consciência: esta célula do cérebro é o seu "olho da mente"

Summary: Researchers believe they have identified specific neurons that are responsible for conscious awareness. Previous studies have implicated both thalamocortical circuits and cortico-cortico circuits in consciousness. The new study reports these networks intersect via L5p neurons. Directly activating L5p neurons made mice react to weaker sensory stimuli. The researchers say if consciousness requires L5p neurons, all brain activity without them must be unconscious.

Source: Frontiers

No-one knows what connects awareness – the state of consciousness – with its contents, i.e. thoughts and experiences. Now researchers propose an elegant solution: a literal, structural connection.

‘Content circuits’ within the cortex are plugged into ‘switchboard circuits’ that allocate awareness, says the theory, via cortical cells called L5p neurons.

Writing in Frontiers in Systems Neuroscience, the group offers evidence – and caveats. Their challenge to experimentalists: if consciousness requires L5p neurons, all brain activity without them must be unconscious.


State vs. contents of conscious

Most neuroscientists chasing the neural mechanisms of consciousness focus on its contents, measuring changes in the brain when it thinks about a particular thing – a smell, a memory, an emotion. Quite separately, others study how the brain behaves during different conscious states, like alert wakefulness, dreaming, deep sleep or anesthesia.


30 de setembro 2016

Most agree the two are indivisible: you can’t think or feel or experience anything without being aware, nor be ‘aware’ of nothing. But because of the divided approach, “nobody knows how and why the contents and state of consciousness are so tightly coupled,” says Dr. Jaan Aru, neuroscientist at Humboldt University, Berlin, and lead author of the new theory.


Separate circuits

The divide created between state and contents of consciousness is anatomical.

Our conscious state is thought to depend on the activity of so-called ‘thalamo-cortical’ circuits. These are connections between neurons in the cortex, and neurons in the thalamus – a thumb-sized relay center in the middle of the brain that controls information inflow from the senses (except smell). Thalamocortical circuits are thought to be the target of general anesthesia, and damage to these neurons due to tumors or stroke often results in coma.

In contrast, functional brain imaging studies locate the contents of consciousness mostly within the cortex, in ‘cortico-cortical’ circuits.

The missing link?

Aru and colleagues believe that L5p neurons are uniquely placed to bridge the divide.

“Thalamo-cortical and cortico-cortical circuits intersect via L5p neurons,” explains Aru. “Studies tracing these cells under the microscope suggest they participate in both circuits, by exchanging connections with both thalamus and cortex.”


Functional brain studies suggest these cells may indeed couple the state and contents of consciousness. Cellular-level brain imaging in mice shows that L5p neurons respond to a sensory stimulus (air puff to the leg); that this response increases when the animal is awake; and that it is strongest by far when the animal reacts to the stimulus (moves its leg).

“We can’t tell what the mouse is thinking,” concedes Aru. “But if we assume that it reacts only when it is conscious of the stimulus, then this study demonstrates the interaction between the state [wakefulness] and contents [sensory experience] of consciousness in L5p neurons.”

The assumption is consistent with a similar mouse study. This one went further, showing that directly activating the stimulus-responsive L5p neurons (e.g. with drugs) makes the animal react to a weaker sensory stimulus – and sometimes without any stimulus.

“It’s as if the mouse experiences an illusory stimulus; as if L5p stimulation creates consciousness,” Aru adds.


“Our goal here is to convince others that future work on the mechanisms of consciousness should specifically target L5p neurons.”

Nevertheless, this general arrangement could account for some well-known quirks of consciousness.


For example, the processing delay of this long relay – from cortico-cortical circuit to thalamo-cortical and back again via L5p neurons – could explain why rapid changes of stimuli often escape conscious perception. (Think subliminal messages spliced into video.)

One feature of this phenomenon is ‘backward masking’: when two images are presented briefly in rapid succession (50-100 ms), only the second image is consciously perceived. In this case, posits Aru, “by the time the stimulus completes the L5p-thalamus-L5p relay, the second image has taken over early cortical representation and steals the limelight lit by the first image.”


The theory could also help explain why we usually have little conscious insight into some brain processes, like planning movement or even syntax.

“All brain activity that does not (sufficiently) involve L5p neurons remains unconscious,” predicts Aru.

Therein lies the key to testing this exciting theory.

Source:

Frontiers

Media Contacts:

Matt Prior – Frontiers

Image Source:

The image is credited to Syuan-Ming Guo and Li Li.

Original Research: Open access

“Coupling the State and Contents of Consciousness”. Jaan Aru, Mototaka Suzuki, Renate Rutiku, Matthew E. Larkum and Talis Bachmann.

Frontiers in Systems Neuroscience doi:10.3389/fnsys.2019.00043.


Abstract

Coupling the State and Contents of Consciousness

One fundamental feature of consciousness is that the contents of consciousness depend on the state of consciousness. Here, we propose an answer to why this is so: both the state and the contents of consciousness depend on the activity of cortical layer 5 pyramidal (L5p) neurons. These neurons affect both cortical and thalamic processing, hence coupling the cortico-cortical and thalamo-cortical loops with each other. Functionally this coupling corresponds to the coupling between the state and the contents of consciousness. Together the cortico-cortical and thalamo-cortical loops form a thalamo-cortical broadcasting system, where the L5p cells are the central elements. This perspective makes one quite specific prediction: cortical processing that does not include L5p neurons will be unconscious. More generally, the present perspective suggests that L5p neurons have a central role in the mechanisms underlying consciousness.

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