MAPA SEMÂNTICO DO CÉREBRO HUMANO

 Chris Bonato, 2016  gaia@aprendendobiologia.com.br

Todo cérebro se ilumina ao processar a linguagempragmatic-semantic-map

Imagens coloridas obtidas a partir de fMRI (Ressonância Magnética funcional) mostram como o cérebro humano organiza a linguagem. Nesta visão 3D do cérebro humano de um individuo, a cor de cada voxel indica sua seletividade semântica, ou seja, a que categoria de palavras ele é seletivo. Por exemplo, os voxels verdes são seletivos principalmente aos conceitos visuais e táteis enquanto os vermelhos, aos conceitos sociais.

Voxel: versão tridimensional de um pixel. A contração do elemento volume - unidade básica nas reconstruções das Imagens de Ressonância Magnética (MRI) onde são representadas como um pixel (picture element). Voxels são usados para descrever o volume do cérebro registrado por MRI. Um voxel padrão é de ~1mm. Milhões de voxels combinados produzem a imagem 3D do cérebro.

 Em abril de 2016, pesquisadores da Universidade da Califórnia-Berkeley, publicaram na revista científica Nature, um artigo relatando como foi construído um mapa semântico do cérebro humano. (Alex Huth et al., 2016).

Em um mapa semântico o que está sendo considerado é o significado da linguagem. Uma vez que podem ser atribuídos significados diferentes a uma mesma palavra, uma palavra pode associar-se a diferentes conjuntos (domínios) de palavras. Tais domínios localizam-se em pontos específicos do córtex cerebral humano. Por exemplo, em português, a palavra manga pode habitar pelo menos dois domínios: o domínio vegetal e o domínio vestuário.  Assim, o cérebro categoriza coisas que estão relacionadas (vizinhança semântica) agrupando-as em domínios específicos, de acordo com o seu significado relativo.

O cortex cerebral é uma camada de tecido que recobre estruturas mais antigas do cérebro. No cérebro humano o cortex é altamente pregueado (isto permite que a cabeça permaneça pequena enquanto o cérebro cresce). Infelizmente, estas dobras dificultam a compreensão de como a informação esta organizada na camada cortical. Então, para visualizar melhor os mapas semânticos  o cortex foi computacionalmente inflado  e depois aplainado. Nesta superfície aplainada do cortex foram projetados os dados funcionais. 

nature-video-the-brain-dictionary-640x313Nature-video: The brain dictionary

 Como foi obtida esta informação?

1.     Imagens do córtex cerebral, em resposta à escuta de uma estória, podem ser registradas utilizando-se fMRI): sete voluntários de fala inglesa foram submetidos ao aparelho de ressonância magnética (fMRI), por cerca de duas horas, enquanto ouviam estórias. No caso, as narrativas eram de um programa de rádio “The Moth Radio Hour”, bastante apreciado entre eles e com muitos domínios semânticos diferentes. As respostas do cérebro às estórias eram registradas no aparelho (fMRI) o qual detecta, com grande precisão, o nível de variação no fluxo de sangue e oxigênio (BOLD) no cérebro, durante a escuta. Cerca de 50.000 regiões individuais do cérebro foram rastreadas.

 2.     As imagens obtidas, a cada momento da narrativa, eram minuciosamente sobrepostas às palavras que ocorriam a cada momento, num transcrito da estória.

Tal abordagem atendia dois objetivos: a) ao invés de estudar palavras isoladas estudou-se como o cérebro navegava na linguagem permitindo a criação de um mapa conceitual semântico mais amplo; b) a estampagem temporal permitiu que toda a atividade do córtex, registrada por fMRI, fosse modelada  (modelamento voxel-wise) em função de cada palavra ouvida, criando um mapa previsível da seletividade semântica em todo o córtex cerebral.

Para analisar os dados obtidos desenvolveram um novo método probabilístico denominado PrAGMATiC (Probabilistic And Generative Map of Areas Tiling the Cortex). Este método não se baseia em médias obtidas de dados coletados de um grande número de indivíduos, uma vez que tal abordagem poderia descartar informações detalhadas e ignorar  a variabilidade individual.   Com o PrAGMATiC puderam construir um atlas semântico primário que descreve áreas cerebrais que apresentam seletividades semânticas comuns  a todos os indivíduos testados.

Os resultados mostraram que:

a)     Cerca de 1/3 do córtex é utilizado no processamento da linguagem.

b)    Existem aproximadamente 100 áreas distintas ao longo do cérebro, que estão associadas a grupos de significados linguísticos. 

c)     A linguagem não está restrita ao hemisfério esquerdo do cérebro, contradizendo décadas de pesquisa focalizada na produção da fala, em estudos de pacientes com danos cerebrais. Talvez porque, como diz Gallant, pesquisador sênior do laboratório, na pesquisa atual examina-se a questão dos significados, dos entendimentos, das conexões.

d)    Observaram, ainda, uma surpreendente similaridade na topografia semântica dos sete voluntários. Processavam os mesmos tipos de palavras nas mesmas regiões do cérebro. ou seja, o sistema semântico está organizado em padrões intrincados que apareceram consistentemente entre indivíduos testados.

O que isto poderia sugerir? Que a organização das representações semânticas é imposta por uma conectividade anatômica inata ou pelos limites da cito-arquitetura cortical? Ou será que esta distribuição é decorrente das experiências de vida comuns aos sete voluntários: sociedade industrial ocidental?

Para Jack Gallant, há ainda um longo caminho a ser trilhado. Apesar dos mapas serem consistentes entre os indivíduos, há também diferenças individuais substanciais que requerem análise detalhada. Este estudo deve se repetido com um número maior de pessoas provenientes de diferentes ambientes linguísticos, de sorte que possamos comparar mapas de linguagens diversas ou ainda de culturas baseadas em valores diferentes,  fortemente individualistas ou fortemente comunitárias, antes de se afirmar, categoricamente, que os cérebros humanos são organizados mais ou menos do mesmo jeito no que diz respeito à linguagem.

Em outras palavras, esta seria uma estrutura inata ou seria produto da experiência?

Avanços na área poderiam permitir, um dia, que aqueles impossibilitados de se expressar, pudessem comunicar seus pensamentos? Poderia haver um descodificador traduzindo o que você diz em outra língua enquanto você fala? Chegaríamos num futuro longínquo, a ler a mente?

Livre pensar é só pensar.

Referências:       

 A. Huth et al., Natural speech reveals the semantic maps that tile human cerebral cortexNature, 532:453-458.

Semantic Maps - Gallant Lab  

Berkeley team builds ‘semantic atlas’ of the human brain

Locating Language within the Brain

The Brain Dictionary – Vídeo

UC Berkeley Team builds “semantic map atlas” of human brain