Uma nova estrutura matemática descreve como o cérebro processa o ritmo e mantém a batida. Publicada na revista Chaos, a pesquisa fornece novos meios potenciais para compreender e diagnosticar distúrbios cerebrais complexos, como esquizofrenia e doença de Parkinson, que são frequentemente caracterizadas por distúrbios do ritmo.

"Humanos e outros animais sincronizam-se com eventos rítmicos no seu ambiente. No entanto, os mecanismos cerebrais subjacentes a esta capacidade permanecem pouco compreendidos", diz o autor principal Charles Schroeder, professor associado do Centro de Ciência Neural e do Departamento de Psicologia da Universidade de Nova Iorque. "Nosso modelo oferece insights sobre como o cérebro consegue sincronização baseada em batidas e ajustes flexíveis às mudanças de ritmo no ambiente."

O modelo matemático de Schroeder e sua equipe concentra-se no papel dos gânglios da base, uma estrutura cerebral envolvida no controle motor e na aprendizagem. Os cientistas combinaram a sua análise matemática com dados comportamentais de um estudo anterior para fornecer suporte experimental às previsões do seu modelo.

O modelo sugere que o cérebro tem duas populações neurais acopladas:uma representando o tempo regular baseado em batidas (um mecanismo do tipo metrônomo) e a outra, um oscilador neural ajustável que permite ao cérebro adaptar de forma flexível seu ritmo interno às mudanças externas do ritmo.

A validação experimental do modelo se deu por meio de uma tarefa musical realizada por seres humanos. Os participantes ouviam uma série de tons cujo ritmo aumentava ou diminuía gradualmente de velocidade e batiam os dedos no ritmo. Os pesquisadores mediram a precisão das batidas dos participantes e descobriram que ela estava intimamente alinhada com as previsões do modelo – os indivíduos foram inicialmente atrasados ​​em relação à batida real, mas eventualmente se adaptaram e bateram com precisão à medida que o ritmo mudava.

“Uma descoberta surpreendente foi que as pessoas tendiam a sincronizar com a batida esperada e não com a batida real durante as transições de andamento”, observa Schroeder. “Isso sugere que o cérebro prevê ativamente a localização futura da batida, em vez de simplesmente reagir a ela”.

Os autores dizem que o seu modelo – a primeira descrição matemática das populações neurais acopladas que se pensa estarem subjacentes à sincronização baseada em batidas – tem o potencial de ajudar a explicar uma ampla gama de comportamentos, desde dança e música até coordenação social e processamento de linguagem.

“Acreditamos que a arquitetura do oscilador duplo fornecerá insights sobre como os processos neurais se alinham e se adaptam à entrada sensorial rítmica, o que é crucial para a compreensão de uma série de funções cognitivas”, diz Schroeder.