Neurociência sensorial - Sensory neuroscience
A neurociência sensorial é um subcampo da neurociência que explora a anatomia e a fisiologia dos neurônios que fazem parte dos sistemas sensoriais , como visão, audição e olfato. Os neurônios nas regiões sensoriais do cérebro respondem aos estímulos disparando um ou mais impulsos nervosos ( potenciais de ação ) após a apresentação do estímulo. Como as informações sobre o mundo exterior são codificadas pela taxa, tempo e padrão de potenciais de ação? Esse chamado código neural é atualmente pouco compreendido e a neurociência sensorial desempenha um papel importante na tentativa de decifrá-lo. É vantajoso observar o processamento sensorial inicial, pois as regiões do cérebro que estão "mais acima" (por exemplo, aquelas envolvidas na memória ou na emoção) contêm neurônios que codificam representações mais abstratas. No entanto, a esperança é que existam princípios unificadores que governam como o cérebro codifica e processa as informações. O estudo dos sistemas sensoriais é um ponto de partida importante para a compreensão das funções cerebrais em geral.
Experimentos típicos
Um experimento típico em neurociência sensorial envolve a apresentação de uma série de estímulos relevantes a um sujeito experimental enquanto o cérebro do sujeito está sendo monitorado. Esse monitoramento pode ser realizado por meios não invasivos, como ressonância magnética funcional (fMRI) ou eletroencefalografia (EEG), ou por meios mais invasivos, como eletrofisiologia , o uso de eletrodos para registrar a atividade elétrica de neurônios individuais ou grupos de neurônios. A fMRI mede as mudanças no fluxo sanguíneo relacionadas ao nível de atividade neural e fornece baixa resolução espacial e temporal, mas fornece dados de todo o cérebro. Em contraste, a eletrofisiologia fornece resolução temporal muito alta (as formas de picos únicos podem ser resolvidos) e os dados podem ser obtidos de células individuais. Isso é importante, pois os cálculos são realizados nos dendritos de neurônios individuais.
Experimentos de neurônio único
Na maior parte do sistema nervoso central , os neurônios se comunicam exclusivamente enviando uns aos outros potenciais de ação , coloquialmente conhecidos como "picos". Portanto, acredita-se que todas as informações que um neurônio sensorial codifica sobre o mundo externo podem ser inferidas pelo padrão de seus picos. As técnicas experimentais atuais não podem medir picos individuais de forma não invasiva.
Um experimento típico de neurônio único consistirá em isolar um neurônio (isto é, navegar pelo neurônio até que o experimentador encontre um neurônio que picos em resposta ao tipo de estímulo a ser apresentado, e (opcionalmente) determinar que todos os picos observados realmente vêm de um único neurônio), apresentando um protocolo de estímulo. Porque as respostas neurais são inerentemente variáveis (ou seja, seu padrão de spiking pode depender de mais do que apenas o estímulo que é apresentado, embora nem toda essa variabilidade possa ser um ruído verdadeiro, uma vez que outros fatores além do estímulo apresentado podem afetar o neurônio sensorial em estudo ), muitas vezes o mesmo protocolo de estímulo é repetido muitas vezes para se ter uma ideia da variabilidade que um neurônio pode ter. Uma técnica de análise comum é estudar a taxa média de disparo variável no tempo do neurônio, chamada de histograma de tempo pós-estímulo ou PSTH.
Estimativa de campo receptivo
Um dos principais objetivos da neurociência sensorial é tentar estimar o campo receptivo do neurônio ; isto é, tentar determinar quais estímulos fazem o neurônio disparar de quais maneiras. Uma maneira comum de encontrar o campo receptivo é usar a regressão linear para descobrir quais características de estímulo normalmente causam a excitação ou depressão dos neurônios. Uma vez que o campo receptivo de um neurônio sensorial pode variar no tempo (ou seja, latência entre o estímulo e o efeito que ele tem no neurônio) e em alguma dimensão espacial (literalmente, espaço para visão e células somatossensoriais, mas outras dimensões "espaciais", como a frequência de um som para neurônios auditivos), o termo campo receptivo espaço-temporal ou STRF é freqüentemente usado para descrever esses campos receptivos.
Estímulos naturais
Uma tendência recente na neurociência sensorial tem sido a adoção de estímulos naturais para a caracterização de neurônios sensoriais. Há boas razões para acreditar que tem havido pressão evolutiva sobre os sistemas sensoriais para serem capazes de representar bem os estímulos naturais; portanto, os sistemas sensoriais podem exibir o comportamento mais relevante em resposta aos estímulos naturais. A adoção de estímulos naturais na neurociência sensorial foi retardada pelo fato de que as descrições matemáticas de estímulos naturais tendem a ser mais complexas do que de estímulos artificiais simplificados, como tons ou cliques simples na audição ou padrões de linha na visão. O software livre agora está disponível para ajudar os neurocientistas interessados em estimar campos receptivos a lidar com a dificuldade de usar estímulos naturais.
A neurociência sensorial também é usada como uma abordagem de baixo para cima para estudar a consciência. Por exemplo, o sentido visual e a representação foram estudados por Crick e Koch (1998), e experimentos foram sugeridos a fim de testar várias hipóteses nesta linha de pesquisa.