Em formação

Como e onde, no cérebro humano, as memórias são armazenadas?


Fundo

Sou um programador de computador fascinado por inteligência artificial e redes neurais artificiais, e estou ficando mais curioso sobre como funcionam as redes neurais biológicas.

Contexto e o que eu acho que entendo

Ao digerir tudo o que li, estou começando a entender que existem camadas nas redes neurais. Uma camada de neurônios da linha de frente pode receber, por exemplo, um estímulo visual como uma luz brilhante. Esse estímulo é recebido pelos neurônios da linha de frente, cada um dos quais produz uma resposta eletroquímica ponderada que resulta em uma decisão binária de passar uma carga elétrica através de seu axônio para os dendritos das dezenas de milhares de neurônios aos quais está conectado.

Esse processo se repete através de camadas, canalizando os sinais elétricos e focalizando-os com base em suas permutações até que, finalmente, uma carga seja passada para um mecanismo de resposta focalizado, como os nervos que controlam o encolhimento das pupilas.

Espero ter entendido corretamente.

Preâmbulo da pergunta;)

Supondo que não estou completamente errado com meu entendimento básico de como uma rede neural biológica opera, estou começando a entender como uma entrada (estímulo) resulta em uma saída (resposta), como movimento motor ou reflexos. Isso pareceria apenas eletricidade básica de circuitos abertos e fechados.

NO ENTANTO, o que ainda me confunde é como uma memória é armazenada. A analogia com um circuito elétrico é interrompida aqui, pois em um circuito não posso realmente interromper o fluxo de elétrons a menos que represe esses elétrons em um capacitor. Se eu fizer isso, uma vez que os elétrons são liberados (acessados), eles desaparecem para sempre, enquanto a memória permanece.

Então…

Como diabos as memórias são construídas e armazenadas no cérebro humano? Eles são armazenados em uma região específica? Se sim, onde?


Infelizmente, ainda estamos "confusos" com o funcionamento da memória. Estamos longe de um entendimento completo de como a memória é armazenada e recuperada. No entanto, sabemos um pequeno, então continue a ler.

Sua compreensão da função neural básica é quase correto. Primeiro, um neurônio individual sinalizará por meio de seu único axônio para os dendritos de muitos neurônios a jusante, e não o contrário. Em segundo lugar, não tenho certeza do que você quer dizer com "focalizá-los com base em suas permutações", mas é verdade que a informação neural pode sofrer muitas transformações à medida que se propaga através de um circuito. Terceiro, se houver um resultado comportamental da atividade da rede, como uma resposta muscular ou liberação de hormônio, esses efeitos são mediados por nervos que se comunicam com os músculos e células liberadoras de hormônio. Não tenho certeza se é isso que você quis dizer com "mecanismo de resposta focado".

Finalmente, como você descobriu, a analogia de circuitos neurais com circuitos elétricos é relativamente pobre em qualquer nível de análise razoavelmente sofisticado. Minha opinião é que os sistemas biológicos geralmente são mal atendidos por serem considerados problemas de engenharia. Outros discordarão disso, mas acho que entender um sistema biológico em seus próprios termos torna muitas coisas muito mais claras.

A principal coisa que falta na analogia do circuito elétrico acaba por ser uma das chaves para a compreensão do armazenamento de informações em circuitos neurais -a sinapse, o local onde um neurônio se comunica com outro. A sinapse transforma o sinal elétrico do neurônio a montante em um sinal químico. Esse sinal químico é então convertido de volta em um sinal elétrico pelo neurônio a jusante.

A força da sinapse pode ser ajustada a longo prazo, alterando o nível de expressão da proteína - isso é chamado potenciação de longo prazo (LTP) ou depressão de longo prazo (LTD). LTP e LTD, portanto, podem regular a facilidade com que as informações podem fluir ao longo de um determinado caminho. Como um exemplo básico (que não deve ser levado muito a sério), imagine um conjunto de neurônios que representa "Nova York" e outro conjunto de neurônios que representa "Meu amigo John". Se acontecer de você estar na cidade de Nova York com seu amigo John, ambos os grupos de neurônios estarão ativos e farão sinapses entre essas duas redes serão fortalecidas porque são coativas (ver plasticidade Hebbian). Desta forma, a ideia de NYC e a ideia de John estão agora ligadas.

Onde estão esses neurônios que representam NYC e John? Ainda não estamos totalmente claros sobre isso, e a questão é complicada porque existem muitos tipos diferentes de memória. Por exemplo, sua memória de como andar de bicicleta (memória procedural) não é tratada da mesma forma que sua memória do que você comeu no café da manhã (memória episódica). No entanto, a melhor resposta atual é que o hipocampo e suas regiões associadas são importantes para a codificação inicial de memórias e o neocórtex é onde as memórias de longo prazo são armazenadas. Há uma comunicação substancial entre essas duas áreas para que as memórias possam ser ajustadas com eficácia ao longo do tempo.


Atualizar

Em resposta ao comentário de Jule solicitando alguns recursos, percebo que é importante deixar claro que o modelo Hebbian que delineei não foi mostrado definitivamente. Como acontece com todos os aspectos da neurociência, há muito trabalho bom no nível molecular e celular e bom trabalho no nível comportamental, mas o vínculo causal entre os dois não é tão claro. No entanto, a ideia de Hebb ainda é o modelo de trabalho convencional de como a memória funciona. Algumas leituras podem incluir:

1) Neves, G., Cooke, S.F., Bliss, T.V.P., 2008. Plasticidade sináptica, memória e o hipocampo: uma abordagem de rede neural para a causalidade. Nature Reviews Neuroscience 9, 65-75. Uma revisão sobre a memória hipocampal e sua relação com a LTP / LTD e a teoria Hebbian. Observa a dificuldade geral de provar a teoria e algumas maneiras de os experimentos avançarem.

2) Lisman, J., Grace, A.A., Duzel, E., 2011. A neoHebbian framework for episodic memory; papel da LTP tardia dependente de dopamina. Trends in Neurosciences 34, 536-547. Uma revisão que propõe a elaboração do modelo Hebbian que inclui a influência neuromodulatória na plasticidade e no processo de memória.

3) Johansen, J.P., Cain, C.K., Ostroff, L.E., LeDoux, J.E., 2011. Molecular Mechanisms of Fear Learning and Memory. Cell 147, 509-524 .. Uma excelente revisão sobre o aprendizado do medo e a memória com uma seção extensa sobre a teoria Hebbian.

4) Liu, X., Ramirez, S., Pang, P.T., Puryear, C.B., Govindarajan, A., Deisseroth, K., Tonegawa, S., 2012. A estimulação optogenética de um engrama hipocampal ativa a recordação da memória do medo. Natureza. Um artigo de pesquisa que talvez seja a realização de algumas das sugestões da revisão de Neves et al. Eles usam a luz para reativar a memória do medo. Isso sugere que a ativação da rede hipocampal que estava ativa durante a formação da memória é suficiente para eliciar a memória.


Gostaria de apontar algumas maneiras em que seu entendimento está errado. "Redes neurais" geralmente são um termo da ciência da computação, apenas muito, muito vagamente baseado em redes neurais reais. A ideia de camadas em uma rede neural é basicamente uma invenção da ciência da computação, ela realmente não reflete a realidade. Além disso, os neurônios não são interruptores binários. Não se trata tanto de ligar / desligar, mas de um código de taxa temporal de potenciais de ação. O cérebro real é meio estocástico e não funciona realmente no nível do potencial de ação único.

A adaptação do termo "redes neurais" por esses desonestos cientistas da computação é lamentável. Seu trabalho praticamente não tem relação com as redes neurais reais.


Posso fazer uma analogia aproximada em termos de armazenamento de mídia digital.

Nossas memórias existem como uma relação entre nossas percepções e nossas sensações. Os computadores armazenam dados prontamente. No entanto, os humanos armazenam memórias perceptivelmente. Isso significa quem somos e como nos lembramos de um evento muda permanentemente nossa memória.

Se você observar a progressão dos codecs de vídeo com perdas conforme a resolução aumenta, verá que os algoritmos mudaram. Cada geração se acostumou a ver certos tipos de artefatos de vídeo: de filmes, estáticos analógicos, vhs e h.264. Pense nos algoritmos como modos individuais de percepção.

Temos antigos circuitos basais que permitem que áreas do córtex visual e frontal colaborem na formação das memórias. Não é um processo objetivo. Todos nós temos nossos próprios algoritmos.


As memórias não são armazenadas em apenas uma parte do cérebro. Eles estão amplamente distribuídos por todo o córtex e neurônios. As memórias de longo prazo são armazenadas em todo o cérebro como grupos de neurônios, o cérebro armazena as memórias de três maneiras - memórias de curto prazo, memória sensorial e memória de longo prazo - a célula cerebral humana pode conter 5 vezes mais informações que o Encyclopedia Britannica.


A memória certa na hora certa

Howard Eichenbaum publicou um novo estudo sugerindo que o circuito do cérebro humano que recupera memórias apropriadas para situações específicas abrange longas distâncias e oferece suporte a um diálogo complexo entre duas estruturas cerebrais. Foto por Cydney Scott

Você tem um plano para comprar mantimentos para o jantar a caminho de casa. Agora, porém, você está em seu escritório, café na mão. Um colega de trabalho pergunta quais materiais são necessários para uma reunião futura.

Sua resposta, provavelmente, não é "cenouras". Isso ocorre porque o cérebro humano contém circuitos que recuperam memórias apropriadas para a situação atual.

Novo trabalho do laboratório de Howard Eichenbaum, Professor Distinto da Universidade de Boston William Fairfield Warren e diretor do Centro de Memória e Cérebro da BU, sugere que este circuito abrange longas distâncias no cérebro e apóia um diálogo complexo entre duas estruturas cerebrais. A obra, publicada online em 20 de junho de 2016, em Nature Neuroscience, está entre os primeiros a descrever as operações de um grande circuito cerebral que controla um comportamento complexo. Ao revelar os detalhes das comunicações entre as regiões do cérebro para acessar as memórias apropriadas, as descobertas podem dar aos pesquisadores clínicos pistas sobre quais canais de comunicação podem ser prejudicados em distúrbios cerebrais que interrompem a memória.

“A compreensão desse sistema tem implicações para quase todos os distúrbios que afetam a memória, desde esquizofrenia, depressão e epilepsia a lesão cerebral traumática e transtorno de estresse pós-traumático”, diz Charan Ranganath, neurocientista da Universidade da Califórnia, Davis, que estuda humanos memória, mas não estava envolvido nesta pesquisa. “Estamos realmente interessados ​​em compreender a capacidade de usar o conhecimento para tomar decisões.”

Procurando Froot Loops

Para estudar um comportamento humano complexo, como lembrar de informações apropriadas na hora certa, Eichenbaum teve que treinar ratos para memorizar uma informação importante e então encontrar uma maneira de usá-la. Portanto, sua equipe treinou ratos para encontrar Froot Loops em vasos de flores. “Os ratos são absolutamente loucos por Froot Loops”, diz ele.

Por exemplo, os ratos aprenderam que na sala A o cereal está escondido em um pote cheio de contas de plástico roxas que cheiram bem. Mas, na sala B, os produtos estão na panela cheia de pedaços de papel preto com cheiro picante. “Os ratos são ótimos com odores e texturas, então estamos usando pistas texturais e olfativas para direcioná-los a expressar sua memória”, diz Eichenbaum.

Enquanto os ratos navegam de sala em sala, a equipe de Eichenbaum registra sua atividade cerebral usando eletrodos inseridos no cérebro. Eles monitoram o hipocampo, conhecido por ser a sede da memória no cérebro, e o córtex pré-frontal, considerado um coordenador.

O circuito que orienta a seleção de memórias com base no contexto atual abrange o cérebro do rato. A informação flui do hipocampo ventral (vHPC), na parte inferior do cérebro, para o córtex pré-frontal (mPFC) e, em seguida, volta para o hipocampo dorsal (dHPC), próximo ao topo do cérebro. Falhas no circuito podem causar diferentes tipos de problemas de memória, incluindo perda de memória e também a incapacidade de determinar quais memórias são apropriadas para a situação atual. Diagrama cortesia de Howard Eichenbaum

Em estudos anteriores, a equipe já havia aprendido que os neurônios no córtex pré-frontal disparam em relação a sinais que sinalizam recompensas, como um pote específico que contém um estoque de Froot Loops. Eles também identificaram neurônios em uma região chamada hipocampo ventral que reconhecem o quarto em que o rato está. Neurônios no hipocampo dorsal disparam quando o rato reconhece um vaso de flores que já viu. Nesse experimento mais recente, eles aprenderam como o cérebro reúne essas informações para orientar uma decisão, como em qual pote cavar.

Por exemplo, quando o rato entra na sala A, o hipocampo ventral transmite para o córtex pré-frontal, configurando o contexto na sala A. O hipocampo dorsal começa a disparar ao reconhecer vasos de flores. O córtex pré-frontal, que sabe que a recompensa na sala A está no pote com contas roxas, envia essa informação ao hipocampo dorsal, dizendo-lhe em qual memória agir. “As duas regiões operam juntas como um sistema, uma espécie de aperto de mão”, diz Eichenbaum. “Estamos vendo no nível dos neurônios o que acontece na vida cognitiva.”

Memória com Propósito

Esse aperto de mão é importante porque muitas coisas podem dar errado para interrompê-lo. Quando a equipe de Eichenbaum desabilitou temporariamente o córtex pré-frontal, os ratos forragearam todos os potes, não porque não reconhecem os potes, mas porque não sabem qual pot contém uma recompensa com base na sala em que estão. “O córtex pré-frontal tem um papel muito específico ”, diz Eichenbaum. “Não ativa as memórias certas, mas evita que as memórias erradas se intrometam”.

Este achado pode ser relevante para doenças humanas como a esquizofrenia. Pessoas com esse transtorno não têm problemas para se lembrar das coisas, mas muitas vezes têm problemas para filtrar informações irrelevantes ou inadequadas. “Se o hipocampo se lembra de algo, é o som de uma mão batendo palmas”, diz Ranganath. “Não ajuda você a menos que alcance áreas que podem usar as informações para tomar uma decisão ou ação.”

Não há conexão anatômica direta no cérebro entre o córtex pré-frontal e o hipocampo dorsal, então não está claro como as mensagens são transmitidas entre eles. Mas os estudos de Eichenbaum sugerem que pode haver uma rota indireta e bidirecional que envolve ritmos cerebrais lentos e pulsantes chamados ritmos teta. Esses ritmos se originam em estruturas profundas no meio do cérebro, sincronizam-se entre o hipocampo e o córtex pré-frontal e permitem que a informação flua entre eles.

Para explorar essa possibilidade, Eichenbaum está usando a optogenética, uma ferramenta poderosa que permite aos pesquisadores configurar neurônios específicos no cérebro de ratos para que possam ser ligados ou desligados por meio de luz laser. “Esperamos traçar todo o percurso do circuito que é fundamental para esse diálogo”, diz Eichenbaum.

Os ritmos Theta também são uma pista importante para pesquisadores como Ranganath. “Temos que estudar a atividade teta no cérebro humano agora que pensamos que está relacionada à sua capacidade de lembrar as coisas que você precisa lembrar quando precisa se lembrar delas”, diz ele.


Codificação, armazenamento e recuperação de memória:

Os psicólogos definem a memória como o processo mental de codificação, armazenamento e recuperação de diferentes tipos de informação. Estes também constituem os três estágios principais ligados à criação e recuperação da memória. Na primeira etapa, conhecida como codificação ou registro, as informações são recebidas e processadas. Seu corpo usa certos estímulos físicos e químicos para sentir as informações do mundo ao seu redor. A segunda etapa, chamada de armazenamento, envolve a criação de um registro permanente dos dados recebidos e processados ​​ou internalizados anteriormente. O estágio de recuperação também é denominado como lembrança ou recordação. Nesse ponto, os dados registrados são chamados de volta para uso em uma atividade ou processo. Às vezes, as informações podem ser recuperadas com bastante facilidade e rapidez, enquanto, em outras ocasiões, pode se tornar uma tarefa muito exigente. Também pode ocorrer perda de memória, condição conhecida como esquecimento.


Estágios de criação, armazenamento e recuperação de memória:

Existem três estágios principais, a saber, codificação, armazenamento e recall. Você faz memórias com seus sentidos de tato, paladar, olfato, visão e audição. As memórias são formadas quando seu cérebro processa suas experiências, seja através do foco consciente em algo (como estudar) ou fazendo associações inconscientemente (como quando você atribui significado emocional a novas informações).

Cada nova experiência desencadeia a criação de novas conexões no cérebro. Enquanto isso, ele também se reconecta por meio do processo chamado neuroplasticidade. Aqui segue uma breve visão geral dos três estágios envolvidos na memória:

Codificação:

Ele marca o primeiro passo para a criação de memória. A codificação ocorre quando o cérebro atribui significado a uma nova experiência ou descobre por que algo aconteceu. Estudos revelaram que, quando você associa as coisas a um propósito, é mais capaz de lembrá-las e retê-las por mais tempo.

Armazenar:

O armazenamento é a segunda etapa na criação da memória. Estudos sugerem que o cérebro não armazena memórias em memórias completas e exatas que podem simplesmente ser recuperadas. Em vez disso, as memórias são armazenadas em pequenos pedaços e espalhadas por diferentes partes do cérebro.

O hipocampo é considerado a porta de entrada crítica para o armazenamento de informações a longo prazo. No caso de ocorrer um dano a esta parte do cérebro, você não será capaz de se lembrar do que aconteceu ontem.

Lembrar:

A recordação é simplesmente como seu cérebro recupera uma informação armazenada (memória). Durante a recuperação, a memória é reconstruída a partir das informações armazenadas menores. Lembrar não é uma repetição exata da experiência, mas um ato de reimaginação criativa. É por isso que as memórias tendem a mudar com o tempo. No entanto, quando você trabalha repetidamente sua memória, ela se fortalece com o tempo.


Os pesquisadores usam varreduras cerebrais para ler as memórias das pessoas

Os cientistas usaram varreduras cerebrais para ler as memórias das pessoas e descobrir onde elas estavam enquanto perambulavam por um edifício virtual.

O estudo de referência por pesquisadores britânicos demonstra que a poderosa tecnologia de imagem é cada vez mais capaz de extrair nossos pensamentos mais íntimos.

O feito levou a equipe a convocar um debate ético sobre como as imagens cerebrais podem ser usadas no futuro e quais salvaguardas podem ser implementadas para proteger a privacidade das pessoas.

O estudo fez parte de uma investigação com o objetivo de aprender como as memórias são criadas, armazenadas e relembradas em uma parte do cérebro chamada hipocampo.

Ao compreender os processos em funcionamento no cérebro, os cientistas do Wellcome Trust Centre for Neuroimaging da University College London esperam entender melhor como a doença de Alzheimer e os derrames podem destruir nossas memórias e encontrar maneiras de reabilitar pacientes.

No estudo, os voluntários vestiram um fone de ouvido de realidade virtual e foram solicitados a fazer seu caminho entre quatro locais em um edifício virtual. Durante toda a tarefa, sua atividade cerebral foi monitorada usando uma técnica chamada imagem de ressonância magnética funcional (fMRI).

Eleanor Maguire e Demis Hassabis então usaram um programa de computador para procurar padrões na atividade cerebral dos voluntários enquanto eles se posicionavam em tapetes virtuais nos quatro locais diferentes. Eles descobriram que coleções específicas de células cerebrais codificavam a localização da pessoa no mundo virtual e foram capazes de usar isso para prever onde cada voluntário estava.

"Surpreendentemente, usando essa tecnologia, descobrimos que poderíamos prever com precisão a posição de um indivíduo dentro deste ambiente virtual, apenas a partir do padrão de atividade em seu hipocampo", disse Maguire.

“Poderíamos prever quais memórias uma pessoa estava se lembrando, neste caso a memória de sua localização no espaço”, acrescentou ela.

O estudo derruba a suposição dos neurocientistas de que as memórias de nosso entorno são codificadas no cérebro de uma forma imprevisível. As pesquisas mais recentes sugerem que esse não é o caso e que as informações são armazenadas em nossos neurônios de uma forma muito estruturada que pode ser captada por scanners.

Os cientistas não conseguiram dizer onde alguém estava a partir de uma única varredura do cérebro. Em vez disso, eles tiveram que realizar várias varreduras de voluntários em cada local. Só depois eles foram capazes de encontrar diferenças na atividade cerebral que traíam a localização da pessoa.

"Podemos ficar tranquilos em termos de questões relacionadas à leitura da mente. Isso requer que a pessoa seja cooperativa e, para treinar os algoritmos, usamos muitas instâncias de uma memória específica", disse Maguire. "Não é que podemos colocar alguém em um scanner cerebral e de repente ler seus pensamentos. É um processo bastante complexo que está em um estágio muito inicial."

Embora preliminar, a pesquisa levanta questões sobre o que pode ser possível com scanners de cérebro no futuro. Os avanços futuros da tecnologia podem tornar possível saber se uma pessoa já esteve em um determinado lugar, o que pode ter enormes implicações para o sistema judicial. Informações de varreduras cerebrais já foram usadas em tribunais da Índia para ajudar a julgar se os réus estão dizendo a verdade ou não.

Demis Hassabis, coautor do estudo na revista Current Biology, disse: "As técnicas atuais estão muito longe de serem capazes de fazer esse tipo de coisas, embora no futuro talvez isso se torne mais possível. Talvez nós" faltam cerca de 10 anos para isso. "

"Pode ser útil começar a ter esse tipo de discussão ética em um futuro próximo, como preparação para isso", acrescentou.

Trabalhos anteriores em ratos identificaram o hipocampo como uma região do cérebro que armazena memórias espaciais. Mas experimentos que mediram a atividade de um punhado de neurônios no cérebro dos animais sugeriram que não havia um padrão previsível em como essas memórias eram armazenadas.

A descoberta de que as memórias espaciais são codificadas de uma forma previsível em nossos cérebros dará aos cientistas a confiança de que outras memórias podem ser lidas usando scanners cerebrais.

No curto prazo, Maguire disse que a pesquisa lançará luz sobre algumas das doenças neurodegenerativas mais debilitantes da velhice. "Usando técnicas como essa, estamos aprendendo cada vez mais sobre como as memórias são armazenadas. Se pudermos entender os processos envolvidos em como você forma, armazena e recolhe memórias, podemos começar a entender como esses processos patológicos corroem as memórias, e muito mais adiante, como podemos ajudar os pacientes em um contexto de reabilitação ", disse ela.

Em um estudo anterior, Maguire usou varreduras cerebrais para mostrar que uma região do cérebro na parte traseira do hipocampo, conhecida por estar envolvida no aprendizado de direções e localizações, é ampliada em motoristas de táxi de Londres.


Os tipos de amnésia

Para entender como nos lembramos das coisas, é extremamente útil estudar como esquecemos - é por isso que os neurocientistas estudam a amnésia, a perda de memórias ou a capacidade de aprender. A amnésia geralmente é o resultado de algum tipo de trauma no cérebro, como um traumatismo cranioencefálico, um derrame, um tumor cerebral ou alcoolismo crônico.

Existem dois tipos principais de amnésia. A primeira, a amnésia retrógrada, ocorre quando você esquece coisas que sabia antes do trauma cerebral. A amnésia anterógrada ocorre quando o trauma cerebral restringe ou interrompe a capacidade de alguém de formar novas memórias.

O estudo de caso mais famoso de amnésia anterógrada é Henry Molaison, que em 1953 teve partes de seu cérebro removidas como último recurso para o tratamento de convulsões graves. Embora Molaison - conhecido quando estava vivo como H.M. - se lembrasse muito de sua infância, ele foi incapaz de formar novas memórias declarativas. As pessoas que trabalharam com ele por décadas tiveram que se apresentar novamente a cada visita.

Ao estudar pessoas como H.M., bem como animais com diferentes tipos de danos cerebrais, os cientistas podem rastrear onde e como diferentes tipos de memórias se formam no cérebro. Parece que as memórias de curto e longo prazo não se formam exatamente da mesma maneira, nem as memórias declarativas e procedurais.

Não há nenhum lugar dentro do cérebro que mantenha todas as suas memórias, diferentes áreas do cérebro se formam e armazenam diferentes tipos de memórias, e diferentes processos podem estar em jogo para cada uma. Por exemplo, as respostas emocionais, como o medo, residem em uma região do cérebro chamada amígdala. As memórias das habilidades que você aprendeu estão associadas a uma região diferente chamada striatum. Uma região chamada hipocampo é crucial para formar, reter e relembrar memórias declarativas. Os lobos temporais, as regiões do cérebro que H.M. estava parcialmente ausente, desempenha um papel crucial na formação e na recuperação de memórias.


A neurociência das emoções

Seu cérebro é o órgão mais faminto de seu corpo. Requer mais oxigênio e nutrientes do que qualquer outro, e as complexas redes neurais que o compõem explicam em grande parte tudo o que você faz todos os dias. Os avanços da neurociência melhoraram nossa compreensão de emoções e comportamentos complexos, fornecendo informações valiosas que podemos implementar em nossas vidas diárias.

Se perguntado o que o torna humano, emoções - ou algum aspecto de seu personalidade intrinsecamente ligado às emoções - pode chegar bem perto do topo da lista. Nossas emoções influenciam nossos relacionamentos, nosso trabalhar, nosso estilo de vida, nosso senso de identidade e nossas decisões, grandes e pequenas.

Darwin era fascinado por emoções e concluiu que as emoções estavam lá, em essência, para nos avisar rapidamente se uma situação é segura. A este respeito e em muitos outros, reconhecemos a importância das nossas emoções. Sabemos que o medo nos ajuda a atravessar a estrada com segurança, que a raiva pode nos dar força, que o amor nos mantém ligado a outros.

Mas muitas vezes temos um relacionamento complicado com nosso emoções, marcando alguns como bons e outros como ruins. Podemos suprimir e ignorar aqueles que não queremos ou que não consideramos 'apropriados', e perseguir os que fazemos, potencialmente em nosso detrimento. Portanto, aqui está uma breve visão geral da neurociência das emoções e as diferentes áreas do cérebro que estão envolvidas na emoção humana, bem como uma explicação sobre a diferença entre emoções, sentimentos e humores.

A primeira coisa a saber é que nosso cérebro pode ser dividido em três áreas: cérebro de lagarto, cérebro de mamífero e cérebro humano.

  1. Cérebro de lagarto é uma estrutura profunda e sua prioridade é mantê-lo vivo. O cérebro do lagarto se envolve com a respiração, a digestão, mantendo o coração batendo. O cérebro do lagarto realmente não se importa com o que você pensa ou sente que estou com medo.
  2. Envolvido em torno do cérebro de lagarto está cérebro de mamífero, também conhecido como o Sistema límbico. Seu sistema Limbic está preocupado com a segurança. Esta é a área do cérebro onde você controla as memórias passadas de dor e prazer. Tudo o que o cérebro dos mamíferos deseja fazer é mantê-lo seguro, portanto, se você sobreviveu até agora fazendo certas coisas, o cérebro dos mamíferos o pressionará a repetir esses mesmos comportamentos. Cérebro de mamífero absolutamente odeia mudança.
  3. Cérebro humano, ou o neocórtex (na parte frontal do cérebro), é a área do cérebro que podemos acessar mais conscientemente. É o lar do pensamento racional, aprendizagem, tomada de decisão, empatia e criatividade.

É importante ressaltar que essas diferentes áreas do cérebro nem sempre concordam entre si. Se o cérebro humano quiser experimentar um novo hobby, o cérebro dos mamíferos pode tentar colocar o cérebro humano em seu lugar, induzindo ansiedade e medo, a fim de dissuadir o cérebro humano de dar um salto tão ousado no desconhecido.

Nosso cérebro está coberto por redes neurais que ficam mais fortes ou mais fracas, dependendo da frequência com que são usadas. Aquelas que são usadas repetidamente tornam-se "vias neurais" muito fortes: elas definem nossos pensamentos padrão, perfil emocional e personalidade. A boa notícia é que nossas vias neurais podem ser alteradas, isso é chamado neuroplasticidade.

Então, quais são as principais emoções na raiz de nossas redes neurais? O espectro da emoção humana contém oito emoções principais: tristeza, vergonha, nojo, raiva, medo, sobressalto / surpresa, excitação / alegria e amor / confiança. Como você deve ter notado imediatamente, todos nós somos um pouco desequilibrados, com mais emoções importantes disponíveis para nós do lado da escala que mais caracteriza "fuga" do que "apego". Infelizmente, do ponto de vista evolutivo, era mais importante para nós ficarmos seguros do que nos divertir.

  • Tristeza tenta nos dizer que algo em nossa situação não está certo
  • Vergonha é a nossa espécie de bússola moral, mas uma emoção muito complicada que pode se tornar profundamente prejudicial se desproporcionalmente atribuída a situações específicas. Nossa reação à vergonha pode fazer com que deixemos de nos envolver na atividade que resultou nessa emoção ou nos levará a trabalhar mais para evitar o sentimento na próxima vez
  • Nojo serve ao propósito evolutivo de nos manter protegidos contra danos microbianos. O nojo nos impede de comer alimentos estragados e nos mantém distantes de outras coisas que consideramos perigosas para nós em termos de nossa saúde
  • Raiva tenta mudar a situação. Não é passivo como a tristeza. A raiva é extremamente situacional em termos de quão útil é
  • Temer é experimentado quando percebemos que, em primeiro lugar, existe um perigo potencial e, em segundo lugar, que somos relativamente impotentes sobre esse perigo. O medo inspira a resposta de luta ou fuga
  • Surpresa cai para os dois lados: todos nós sabemos que existem boas e más surpresas. Quando sentimos surpresa, não sabemos qual é o resultado, então nosso cérebro e corpo recruta energia extra para nos prepararmos para o que pode acontecer. Isso acontece na forma de endorfinas inundando o cérebro, ajudando-nos a nos sentirmos relaxados
  • Emoção / alegria estão centrados no prazer e na recompensa
  • Amor / confiança dependem de previsibilidade. Essas emoções são construídas à medida que construímos um catálogo de experiências e memórias positivas e reforçadoras em torno de outra pessoa. Essas emoções também levam em consideração como pessoas como essa nova pessoa o trataram no passado.

Quais são as áreas do cérebro envolvidas na resposta emocional?

Existem algumas áreas-chave que determinam como as emoções funcionam no cérebro. Nosso córtex pré-frontal, que existe no cérebro humano, está envolvida na regulação emocional e na tomada de decisões. É aqui que armazenamos nosso senso de identidade, nosso sistema de valores, nosso autocontrole. Usamos o córtex pré-frontal para suprimir emoções.

A próxima área chave é o amígdala. Nossa amígdala avalia nosso ambiente em busca de perigo potencial e evoca a ansiedade, o medo e a raiva de que podemos precisar para responder a esse perigo potencial. A amígdala também é onde armazenamos a memória emocional.

Nosso tálamo recebe informações dos sentidos - visão, tato, olfato, audição, paladar - e envia informações para áreas relevantes do cérebro.

Nosso hipocampo é onde armazenamos memória. Também o usamos para navegação. O hipocampo armazena as sensações físicas de emoção.

Como essas áreas funcionam juntas em uma resposta de ansiedade?

Embora nossa amígdala tenha sido muito útil para nossa sobrevivência ao longo da evolução, os indivíduos com transtornos de ansiedade podem estar vivendo com uma amígdala hiperativa que percebe o perigo e a ameaça desproporcionalmente e inunda o cérebro e o corpo com as mesmas emoções que poderíamos precisar para para evitar perigos predatórios reais no passado.

When we perceive something that makes us feel fear or anxiety, our thalamus sends this information to our amygdala. The amygdala checks in with our hippocampus, to see whether we have previous memories that might inform us as to how to behave in the situation now. If our hippocampus shoots back painful emotional memories, we respond with fear and anxiety. Strong emotions can cause our rational brain to shut down. Our amygdala is much quicker to respond than our rational brain. Anxiety and fear leads to shallow breathing: this starves the brain of oxygen and leads to the areas of the brain not involved with survival to take a back seat. Rational thinking, creativity, and empathy are all shut off to us.

Breathing exercises can therefore be very helpful when experiencing fear or anxiety ensuring that your brain is receiving the oxygen it requires in order to function properly will support you in better managing your emotions.

Emotions, feelings, and moods

Largely, we experience emotions in response to a specific external stimulus, but that isn't always the case. Our thoughts can also trigger emotional responses. If our human brain conjures up a thought, or a memory, of a time we felt shame or anger for example, mammal brain can be triggered into producing a physical emotional reaction. Estes são feelings. Feelings are different from emotions therefore in that they can be rationalised. An emotion happens very quickly feelings are responses to the environment combined with our thoughts, interpretations, or inner beliefs about the situation. For this reason, our feelings are more manageable than our emotions: we can question our feelings, reflect our thoughts back to ourselves and question their validity.

Emotions and humores are also distinct. Whereas emotions are rapid-onset, specific responses to specific events that give us information about our current situation, moods are much harder to define. Moods often have a more gradual onset, and it isn't so clear what they are caused by. Moods give us information about our current state of self, our inner system. Unlike emotions, moods are therefore unhelpful when it comes to decision-making. Emotions, as they inform us about our current situation, are vital to the decision-making process. We are often instructed that there is a difference between 'following your head' and 'following your heart', the latter sometimes looked upon as synonymous with being foolish or at least irrational, but suppressing your emotions when decision-making can lead to ongoing indecision. Refusing to listen to what your emotions are telling you can leave you in a stressful state of 'analysis and paralysis', unable to move forward.

We may sometimes think life would be easier if our emotions were more predictable, more peaceful, or simply less pervasive, but they are one of our most important resources and are ultimately here to serve us.


Human Brain memory capacity in Gigabytes (GB)

/>When it comes to measuring memory capacity of human brain, we tend to think in terms of digital memory. The most popular term to measure memory is GB (Gigabyte), which is comparatively very less when it comes to measuring memory capacity of brain. A number of researches have tried to measure this capacity and have given various estimates which differ a lot from each other. Usually researches say that our brain can store petabytes of data.

There are different estimates about size of human brain when in comes to counting neurons. Some researchers say that only 10% of or brain are neurons, rest are the cells protecting them or the connections between neurons. One neuron can make around 1000 connections (known as synapses) with other neurons, which generates a complex net of neurons and synapses. Each of these connections can also store a memory.

According to scientificamerican.com our brain can store upto 2.5 petabyte (i.e around 2621440 GB). This might seem lesser to some people but this much storage can store up to 300 years of continuous video.

Some Neuroscientists believe that this estimate might be too low or too high, because while doing this simple math we assume that each synapse can hold 1 byte of information. This assumption of 1 byte equals 1 synapse might not be correct. Apart from that all synapses are not used for storage purpose, as some are also used for processing that memory.

One more interesting fact is that, no matter how much the age is, a human never feels out of space to save newer memories. Some researchers feel that it is because our storage capacity is more than required, while some feel that it is because our brain keep erasing those memories which are not of much importance.


Left and right brain hemispheres found to store memories differently in ants

A pair of researchers at the University of Sussex in the U.K. has found that like many other creatures, ants store memories differently in their two brain hemispheres. Em seu artigo publicado na revista Proceedings of the Royal Society B, Ana Sofia David Fernandes and Jeremy Niven describe Pavlovian-type experiments they conducted with ants and what they learned from them.

Prior research has shown that the human brain stores different kinds of memories in its two hemispheres—the left hemisphere retains verbal information, for example, while the right hemisphere tends store visual memories. Other research has shown that the brains of other animals also store memories differently in their hemispheres. Researchers in the field have called such differences lateralization. In this new effort, the researchers wondered if the same might be true for wood ants.

To learn more about how ant brains store memories, the researchers carried out an experiment that involved allowing ant specimens to touch and eat a droplet of sugar as they were shown a cue. Ants use their antennae to touch or smell an object to figure out if it is food. Thus, to train an ant to expect a treat, the researchers allowed them to touch a sugar droplet with their left antenna, their right antenna, both of them, or neither of them—all while being shown a blue object. The goal was to get the ants to respond to the sight of the blue object the way dogs did in Pavlov's experiments. Once the ants were trained, the researchers time-tested them on how they responded to seeing the object—at 10 minutes, an hour and then a day later.

The researchers found that when an ant was trained using just its right antenna, it demonstrated a strong response at 10 minutes, a weaker response after that, and no response for longer times. In sharp contrast, those ants that were trained using the left antenna showed no response at 10 minutes, or even after an hour. But the next day they had a strong response. The researchers suggest this is solid evidence for short-term memory being stored in the right hemisphere and long-term memory in the left hemisphere.