Ome sweet ome

Baseado no sucesso do projeto genoma na década de 90 (The Human Genome Project) , que possibilitou a descoberta da sequência completa do genoma humano, surgiu recentemente o “Human Connectome Project”, que pretende mapear as conexões cerebrais [1]. Mas para além dos resultados acadêmicos obtidos, a expressão -ome parece ter agradado os cientistas e poderia se dizer que está na moda. Surfando nessa onda, apareceram diversos outros termos: proteome, transcriptomes, epigenome, microbiome, brainnetome… E o mais novo do mercado, candidato a queridinho do ano (aqui em casa) é o oscillome [2].

Apesar das oscilações aparecem em diversas áreas da física e da biologia, por enquanto, o termo está relacionado apenas às oscilações cerebrais. Em particular, oscillome se refere a uma nova leva de artigos sobre oscilações corticais durante a realização de tarefas que envolvem a compreensão da linguagem. Se a nova expressão vai cair nas graças da academia ainda não dá pra saber, mas o tema “oscilações e linguagem” parece que veio para ficar. Vários experimentos têm relacionado frequências de oscilações da atividade elétrica do cérebro com experimentos de leitura e audição que necessitam reconhecimento da linguagem. Por um lado, os avanços tecnológicos têm permitido medidas dos sinais elétricos com menos ruídos e mais fáceis de serem interpretadas. Por outro lado, estudar a linguagem através de métodos de imageamento cerebral parece ser uma área promissora, se queremos entender que aspectos do nosso cérebro são intrisecamente diferentes de outros primatas e desenvolver métodos de aprendizado mais eficientes para crianças e adultos.

Um experimento bem recente e interessante mostrou que quando compreendemos o significado de uma sentença, a frequência de oscilação elétrica do nosso cérebro é diferente daquela medida quando ouvimos palavras aleatórias [3]. Em outras palavras, a frequência pode estar codificando nossa interpretação da frase. Pareceu muito abstrato? Vou tentar explicar…

Utilizando magnetoencefalografia [4], o grupo de Ding e colaboradores mediu a atividade elétrica do cérebro de voluntários enquanto ouviam algumas listas de palavras [3]. Na primeira parte do experimento, os voluntarios escutaram uma lista de palavras descorrelacionadas (Itália, estuda, rato, menina) apresentadas em uma frequência específica de quatro palavras por segundo, ou 4Hz. Durante esta etapa, foi verificado que a atividade elétrica de algumas regiões do cérebro oscila na mesma frequência de 4Hz. Para os mais matemáticos, a transformada de Fourier do sinal cerebral apresenta um pico em 4Hz. Para os mais visuais, a potência do sinal elétrico mostrada na Figura 1e possui um pico em 4Hz.

Até aqui, o que podemos concluir é que o nosso cérebro reconhece uma frequência que nos foi imposta.

Ou seja, se olharmos apenas para o sinal elétrico, poderíamos dizer quantas palavras foram apresentadas por segundo. Portanto, o resultado deve ser o mesmo se a lista de palavras for no nosso idioma, ou em um outro que não conhecemos. E, de fato, no experimento foram avaliadas pessoas que falam inglês (mas não falam chinês) e pessoas que falam chinês, e o pico em 4Hz foi encontrado tanto para frases em inglês como em chinês.

Mas a descoberta super incrível vem agora. Na segunda parte do experimento, os voluntários ouviram uma lista de palavras que juntas passam a ter sentido de frase (menina, ama, sorvete, gelado). Assim, além de 4 palavras por segundo (4Hz) podemos inferir que temos duas expressões simples por segundo (menina-ama, sorvete-gelado: 2Hz) e uma frase inteira por segundo (menina-ama-sorvete-gelado: 1Hz). Mas essas novas frequências não são uma propriedade do som que foi imposto ao voluntário, e sim a interpretação do nosso cérebro sobre o significado da lista de palavras. Ou seja, se a lista de palavras estiver no nosso idioma, podemos fazer esse reconhecimento. Mas se a lista de palavras estiver num idioma que não entendemos, não somos capazes de agrupar expressões e frases.

A pergunta que Ding respondeu com sucesso foi: olhando para o sinal elétrico é possível saber se o voluntario reconheceu a frase? E a resposta é: sim!

De fato, quando os voluntários ouviram listas de palavras que formavam uma frase no seu próprio idioma, além da frequência de 4Hz, apareceram outras duas frequências nos sinais elétricos medidos: 2Hz e 1Hz. (A transformada de Fourier do sinal apresentou picos em 1, 2 e 4 Hz, e a potência do sinal elétrico na Figura 1f possui três picos!). Para tirar a prova dos nove, quando os voluntários ouviram as listas em um idioma que não entendem (e portanto não sabem interpretar expressões de duas palavras nem frases de quatro palavras) a atividade elétrica do cérebro só apresentou a frequência de 4Hz.

figure

Figura 1: Modificada da Ref. [3]. Potencia do sinal elétrico cerebral em função da frequência desse sinal para voluntários escutando uma lista de palavras: (e) descorrelacionadas e (f) que formam uma frase com significado.

Este resultado pode ser entendido como o nosso cérebro agrupando as expressões! As novas frequências que surgem são o resultado da nossa interpretação sobre o mundo. Agora, por exemplo, só olhando para o sinal elétrico do cérebro (mais especificamente para as frequências desse sinal), podemos dizer se está ocorrendo um reconhecimento do idioma ou não.

Sendo bem honesta, o verdadeiro papel das oscilações no cérebro ainda não é conhecido, muito menos sua relação com a linguagem, a importância de cada frequência ou mesmo a fase do sinal. Existem diversas teorias publicadas, vários resultados experimentais fortalecendo algumas delas, e um monte de cientista tentando entender melhor tudo isso. Mas por muitos anos as comunidades que estudavam oscilações e linguagem estavam separadas, de modo que só temos a ganhar com esse (re)encontro.

[1] Lichtman, Jeff W., Joshua R. Sanes. “Ome sweet ome: what can the genome tell us about the connectome?.” Current opinion in neurobiology 18.3 (2008): 346-353.

[2] Murphy, Elliot. “A Pragmatic Oscillome: Aligning Visual Attentional Mechanisms with Language Comprehension.” Frontiers in Systems Neuroscience 10 (2016).

[3] Ding, Nai, et al. “Cortical tracking of hierarchical linguistic structures in connected speech.” Nature neuroscience 19.1 (2016): 158-164.

[4] https://en.wikipedia.org/wiki/Magnetoencephalography

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