Os seres humanos são imbatíveis ​​na área da cognição. Afinal, nenhuma outra espécie enviou sondas para outros planetas, produziu vacinas que salvam vidas ou criou poesia.

Como a informação é processada no cérebro humano para tornar isso possível é uma questão que desperta um fascínio infinito, mas ainda não tem respostas definitivas.

Nossa compreensão da função cerebral mudou ao longo dos anos. Mas os modelos teóricos atuais descrevem o cérebro como um “sistema distribuído de processamento de informações”.

Isso significa que tem componentes distintos, que estão fortemente conectados em rede por meio da fiação cerebral. Para interagir umas com as outras, as regiões trocam informações por meio de um sistema de sinais de entrada e saída.

No entanto, esta é apenas uma pequena parte de um quadro mais complexo.

Em um estudo publicado na revista acadêmica Nature Neuroscience, usando evidências de diferentes espécies e várias disciplinas neurocientíficas, mostramos que não existe apenas um tipo de processamento de informação no cérebro.

A forma como a informação é processada também difere entre humanos e outros primatas, o que pode explicar por que as habilidades cognitivas da nossa espécie são tão superiores.

Pegamos emprestados conceitos do que é conhecido como a estrutura matemática da teoria da informação — o estudo da mensuração, armazenamento e comunicação de informações digitais que são cruciais para tecnologias como a internet e inteligência artificial — para rastrear como o cérebro processa informações.

Descobrimos que diferentes regiões do cérebro usam, na verdade, estratégias diferentes para interagir umas com as outras.

Algumas regiões do cérebro trocam informações com outras de uma maneira muito estereotipada, usando entrada e saída. Isso garante que os sinais sejam transmitidos de maneira reproduzível e confiável.

É o caso de áreas especializadas em funções sensoriais e motoras (como processamento de informações sonoras, visuais e de movimento).

Vejamos os olhos, por exemplo, que enviam sinais para a parte de trás do cérebro para processamento.

A maioria das informações enviadas é duplicada, sendo fornecida por cada olho. Metade desta informação, em outras palavras, não é necessária.

Por isso, chamamos este tipo de processamento de informações de entrada-saída de “redundante”.

Mas a redundância fornece robustez e confiabilidade — é o que nos permite ainda enxergar com apenas um olho.

Esta capacidade é essencial para a sobrevivência. Na verdade, é tão crucial que as conexões entre estas regiões do cérebro são anatomicamente conectadas, um pouco como uma linha de telefone fixo.

No entanto, nem todas as informações fornecidas pelos olhos são redundantes.

A combinação de informações de ambos os olhos permite que, no fim das contas, o cérebro processe a profundidade e a distância entre os objetos. Esta é a base para muitos tipos de óculos 3D no cinema.

É um exemplo de um jeito fundamentalmente diferente de processar a informação, de forma que é maior que a soma de suas partes. Chamamos este tipo de processamento de informação — quando sinais complexos de diferentes redes cerebrais são integrados — de “sinérgicos”.

O processamento sinérgico é mais prevalente em regiões do cérebro que suportam uma ampla variedade de funções cognitivas mais complexas, como atenção, aprendizado, memória de trabalho, cognição social e numérica.

Não é programado no sentido de que pode mudar em resposta às nossas experiências, conectando redes diferentes de maneiras diferentes. Isso facilita a combinação de informações.

Estas áreas em que ocorre muita sinergia — sobretudo na frente e no meio do córtex (camada mais externa do cérebro) — integram diferentes fontes de informação de todo o cérebro.

Elas são, portanto, mais ampla e eficientemente conectadas com o resto do cérebro do que as regiões que lidam com informações sensoriais primárias e relacionadas ao movimento.

As áreas de alta sinergia que suportam a integração de informações também costumam ter muitas sinapses, as conexões microscópicas que permitem que as células nervosas se comuniquem.

É a sinergia que nos torna especiais?

Queríamos saber se esta capacidade de acumular e construir informações por meio de redes complexas no cérebro é diferente entre seres humanos e outros primatas, que são nossos parentes próximos em termos evolutivos.

Para descobrir, analisamos dados de imagens cerebrais e análises genéticas de diferentes espécies.

Descobrimos que as interações sinérgicas são responsáveis ​​por uma proporção maior do fluxo total de informações no cérebro humano do que nos cérebros de macacos.

Em contrapartida, os cérebros de ambas as espécies são iguais em termos de quanto dependem de informações redundantes.

Mas também analisamos especificamente o córtex pré-frontal, uma área na frente do cérebro que suporta um funcionamento cognitivo mais avançado.

Em macacos, o processamento de informações redundantes é mais prevalente nesta região, enquanto em humanos é uma área de bastante sinergia.

O córtex pré-frontal também passou por uma expansão significativa com a evolução.

Quando analisamos dados de cérebros de chimpanzés, descobrimos que quanto mais uma região do cérebro humano havia se expandido em tamanho durante a evolução em relação à sua equivalente no chimpanzé, mais esta região dependia da sinergia.

Também examinamos análises genéticas de doadores humanos. Isso mostrou que as regiões do cérebro associadas ao processamento de informações sinérgicas são mais propensas a expressar genes que são exclusivamente humanos e relacionados ao desenvolvimento e função do cérebro, como a inteligência.

Isso nos levou à conclusão de que tecido cerebral humano adicional, adquirido como resultado da evolução, pode ser dedicado principalmente à sinergia.

É tentador especular, por sua vez, que as vantagens de uma maior sinergia podem, em parte, explicar as capacidades cognitivas adicionais de nossa espécie.

A sinergia pode adicionar uma peça importante ao quebra-cabeça da evolução do cérebro humano, que estava faltando anteriormente.

Em última análise, nosso trabalho revela como o cérebro humano lida com o equilíbrio entre confiabilidade e integração de informações — precisamos de ambas.

Vale ressaltar que a estrutura que desenvolvemos traz a promessa de novos insights críticos em uma ampla variedade de questões neurocientíficas, desde aquelas sobre cognição geral até distúrbios.

* Emmanuel A Stamatakis é líder do Grupo de Imagens de Cognição e Consciência do departamento de anestesia da Universidade de Cambridge, no Reino Unido.

Andrea Luppi é aluno de doutorado em neurociência na Universidade de Cambridge.

David Menon é professor e chefe do departamento de anestesia da Universidade de Cambridge.