Neil Burgess: How your brain tells you where you are

Neil Burgess: Como seu cérebro lhe diz onde você está

Tradutor: Isabel Villan Revisor: Nadja Nathan

When we park in a big parking lot,

Quando paramos em um grande estacionamento

how do we remember where we parked our car?

como lembramos onde deixamos nosso carro?

Here's the problem facing Homer.

Eis aqui o problema que Homer enfrenta.

And we're going to try to understand

E vamos tentar entender

what's happening in his brain.

o que está acontecendo em seu cérebro.

So we'll start with the hippocampus, shown in yellow,

Assim, começaremos com o hipocampo, mostrado em amarelo,

which is the organ of memory.

que é o órgão da memória.

If you have damage there, like in Alzheimer's,

Se você tem algum dano ali, como no Alzheimer,

you can't remember things including where you parked your car.

você não consegue lembrar coisas, incluindo onde você estacionou o carro.

It's named after Latin for "seahorse,"

Seu nome vem do latim para "cavalo marinho",

which it resembles.

com o qual ele se assemelha.

And like the rest of the brain, it's made of neurons.

E, como o restante do cérebro, é feito de neurônios.

So the human brain

O cérebro humano

has about a hundred billion neurons in it.

tem aproximadamente cem bilhões de neurônios.

And the neurons communicate with each other

E os neurônios se comunicam uns com os outros

by sending little pulses or spikes of electricity

enviando pequenos pulsos ou faíscas de eletricidade

via connections to each other.

por meio das conexões de um com outro.

The hippocampus is formed of two sheets of cells,

O hipocampo é formado de duas camadas de células,

which are very densely interconnected.

que são interconectadas muito densamente.

And scientists have begun to understand

E cientistas começaram a entender

how spatial memory works

como a memória espacial funciona,

by recording from individual neurons

registrando neurônios individuais

in rats or mice

em ratos e camundongos,

while they forage or explore an environment

enquanto se alimentam ou exploram um ambiente

looking for food.

procurando por comida.

So we're going to imagine we're recording from a single neuron

Portanto, vamos imaginar que estamos registrando um único neurônio

in the hippocampus of this rat here.

no hipocampo deste rato aqui.

And when it fires a little spike of electricity,

E quando ele dispara uma pequena faísca de eletricidade,

there's going to be a red dot and a click.

vai ocorrer um ponto vermelho e um clique.

So what we see

Assim, o que vemos

is that this neuron knows

é que este neurônio sabe

whenever the rat has gone into one particular place in its environment.

sempre que o rato vai para um local específico em seu ambiente.

And it signals to the rest of the brain

E ele sinaliza para o restante do cérebro

by sending a little electrical spike.

enviando uma pequena faísca elétrica.

So we could show the firing rate of that neuron

Assim, poderíamos apresentar a taxa de acendimento desse neurônio

as a function of the animal's location.

como uma função da localização do animal.

And if we record from lots of different neurons,

E se registramos muitos neurônios diferentes,

we'll see that different neurons fire

verão que diferentes neurônios se acendem

when the animal goes in different parts of its environment,

quando o animal vai a diferentes partes de seu ambiente,

like in this square box shown here.

como nesta caixa quadrada, exibida aqui.

So together they form a map

Dessa forma, juntos eles formam um mapa

for the rest of the brain,

para o restante do cérebro,

telling the brain continually,

informando ao cérebro continuamente:

"Where am I now within my environment?"

"Onde estou agora dentro de meu ambiente?"

Place cells are also being recorded in humans.

Células de localização também estão sendo registradas em humanos.

So epilepsy patients sometimes need

Pacientes com epilepsia às vezes precisam

the electrical activity in their brain monitoring.

que a atividade elétrica em seus cérebros seja monitorada.

And some of these patients played a video game

Alguns desses pacientes jogaram um vídeo game

where they drive around a small town.

no qual eles percorrem uma cidade pequena.

And place cells in their hippocampi would fire, become active,

E células de localização no hipocampo deles acenderam, tornaram-se ativas,

start sending electrical impulses

começaram a enviar impulsos elétricos

whenever they drove through a particular location in that town.

toda vez que passavam por um local específico naquela cidade.

So how does a place cell know

Portanto, como uma célula de localização sabe

where the rat or person is within its environment?

onde o rato ou pessoa está dentro de seu ambiente?

Well these two cells here

Bem, estas duas células aqui

show us that the boundaries of the environment

nos mostram que os limites do ambiente

are particularly important.

são particularmente importantes.

So the one on the top

Assim, aquela no topo

likes to fire sort of midway between the walls

gosta de acender mais ou menos no centro, entre as paredes

of the box that their rat's in.

da caixa em que o rato está.

And when you expand the box, the firing location expands.

E quando você expande a caixa, o local do acendimento expande.

The one below likes to fire

Aquela de baixo gosta de acender

whenever there's a wall close by to the south.

sempre que há uma parede perto, na direção sul.

And if you put another wall inside the box,

E se você coloca outra parede dentro da caixa,

then the cell fires in both place

então a célula acende em ambos os lugares

wherever there's a wall to the south

sempre que há uma parede na direção sul,

as the animal explores around in its box.

à medida que o animal explora sua caixa.

So this predicts

Assim, isso prevê

that sensing the distances and directions of boundaries around you --

que detetar distâncias e direções dos limites ao seu redor --

extended buildings and so on --

extensões de edificações e assim por diante --

is particularly important for the hippocampus.

é particularmente importante para o hipocampo.

And indeed, on the inputs to the hippocampus,

E, de fato, nos dados coletados para o hipocampo,

cells are found which project into the hippocampus,

são encontradas células que projetam no hipocampo,

which do respond exactly

que realmente responde com precisão

to detecting boundaries or edges

à detecção de limites ou bordas

at particular distances and directions

em distâncias e direções específicas

from the rat or mouse

do rato ou camundongo

as it's exploring around.

à medida que ele está explorando as cercanias.

So the cell on the left, you can see,

Assim, a célula à esquerda, você pode ver,

it fires whenever the animal gets near

acende sempre que o animal fica perto

to a wall or a boundary to the east,

de uma parede ou um limite na direção leste,

whether it's the edge or the wall of a square box

seja esse limite uma parede de uma caixa quadrada

or the circular wall of the circular box

ou a parede circular de uma caixa redonda,

or even the drop at the edge of a table, which the animals are running around.

ou mesmo, a queda na borda de uma mesa, na qual os animais estejam correndo.

And the cell on the right there

E a célula, à direita ali,

fires whenever there's a boundary to the south,

acende sempre que há um limite na direção sul,

whether it's the drop at the edge of the table or a wall

seja a queda na borda da mesa, uma parede

or even the gap between two tables that are pulled apart.

ou até mesmo o espaço entre duas mesas que estão separadas.

So that's one way in which we think

Portanto, esta é uma maneira pela qual, nós pensamos,

place cells determine where the animal is as it's exploring around.

as células de localização determinam onde o animal está enquanto explora as redondezas.

We can also test where we think objects are,

Podemos também testar onde achamos que os objetos estão,

like this goal flag, in simple environments --

como esta bandeirola, em ambientes simples --

or indeed, where your car would be.

ou mesmo, onde está seu carro.

So we can have people explore an environment

Assim, podemos ter pessoas explorando um ambiente

and see the location they have to remember.

e vendo o local que elas têm que lembrar.

And then, if we put them back in the environment,

Em seguida, se as colocamos de volta no ambiente,

generally they're quite good at putting a marker down

geralmente elas são bastante boas em colocar um marcador

where they thought that flag or their car was.

onde elas pensam que a bandeirola ou o carro estava.

But on some trials,

Mas em alguns experimentos,

we could change the shape and size of the environment

podemos mudar o formato e o tamanho do ambiente

like we did with the place cell.

como fizemos com a célula de localização.

In that case, we can see

Nesse caso, podemos ver

how where they think the flag had been changes

como o local em que eles pensam que a bandeirola estava muda

as a function of how you change the shape and size of the environment.

como uma função de como você muda o formato e o tamanho do ambiente.

And what you see, for example,

E o que você vê, por exemplo,

if the flag was where that cross was in a small square environment,

se a bandeirola estava onde estava esta cruz em um pequeno ambiente quadrado,

and then if you ask people where it was,

e, então, se você pergunta às pessoas onde ela estava,

but you've made the environment bigger,

mas você tornou o ambiente maior,

where they think the flag had been

onde elas acham que a bandeirola estava

stretches out in exactly the same way

se estica exatamente da mesma maneira

that the place cell firing stretched out.

que o acendimento da célula de localização se estica.

It's as if you remember where the flag was

É como se você lembrasse onde estava a bandeirola,

by storing the pattern of firing across all of your place cells

armazenando o padrão de acendimento de todas as suas células de localização

at that location,

naquele local,

and then you can get back to that location

e daí você pode voltar a esse local,

by moving around

movendo-se ao redor,

so that you best match the current pattern of firing of your place cells

para que combine melhor o padrão de acendimento atual de suas células de localização

with that stored pattern.

com aquele padrão armazenado.

That guides you back to the location that you want to remember.

Isso guia você de volta ao local que você quer lembrar.

But we also know where we are through movement.

Mas também sabemos onde estamos através do movimento.

So if we take some outbound path --

Dessa forma, se vagamos por um caminho que nos leva para fora --

perhaps we park and we wander off --

pode ser que tenhamos estacionado e andado ao acaso --

we know because our own movements,

sabemos por causa de nossos próprios movimentos,

which we can integrate over this path

que podemos integrar sobre esse caminho,

roughly what the heading direction is to go back.

qual é, grosso modo, a direção para voltar.

And place cells also get this kind of path integration input

E as células de localização também têm esse tipo de integração de dados coletados do caminho

from a kind of cell called a grid cell.

de um tipo de célula chamada de célula-rede.

Now grid cells are found, again,

Agora, as células-rede são encontradas, novamente,

on the inputs to the hippocampus,

nos dados coletados para o hipocampo,

and they're a bit like place cells.

e são um pouquinho como as células de localização.

But now as the rat explores around,

Mas, agora, à medida que o rato explora as redondezas,

each individual cell fires

cada célula individual acende

in a whole array of different locations

numa matriz completa de diferentes locais

which are laid out across the environment

que estão colocados pelo ambiente,

in an amazingly regular triangular grid.

em uma rede triangular espantosamente regular.

And if you record from several grid cells --

E se você faz o registro de diferentes células-rede --

shown here in different colors --

mostradas aqui em cores diferentes --

each one has a grid-like firing pattern across the environment,

cada uma tem um padrão de acendimento semelhante à rede através do ambiente,

and each cell's grid-like firing pattern is shifted slightly

e cada padrão de acendimento semelhante a rede é levemente deslocado

relative to the other cells.

relativamente às outras células.

So the red one fires on this grid

Assim, as vermelhas se acendem nesta rede

and the green one on this one and the blue on on this one.

e as verdes, nesta e as azuis, nesta outra.

So together, it's as if the rat

Juntas, é como se o rato

can put a virtual grid of firing locations

pudesse colocar uma rede virtual de locais de acendimento

across its environment --

por todo o ambiente --

a bit like the latitude and longitude lines that you'd find on a map,

um pouco como linhas de latitude e longitude que encontramos em mapas,

but using triangles.

mas usando triângulos.

And as it moves around,

E, à medida que se move ao redor,

the electrical activity can pass

a atividade elétrica pode passar

from one of these cells to the next cell

de uma dessas células para a próxima célula

to keep track of where it is,

para manter a trajetória de onde ele está,

so that it can use its own movements

dessa forma ele pode usar seus próprios movimentos

to know where it is in its environment.

para saber onde está em seu ambiente.

Do people have grid cells?

As pessoas têm células-rede?

Well because all of the grid-like firing patterns

Bem, porque todos os padrões de acendimento semelhante à rede

have the same axes of symmetry,

têm os mesmos eixos de simetria,

the same orientations of grid, shown in orange here,

as mesmas orientações da rede, mostradas em laranja aqui,

it means that the net activity

isso significa que a atividade da rede

of all of the grid cells in a particular part of the brain

de todas as células-rede em uma parte específica do cérebro

should change

deveria mudar

according to whether we're running along these six directions

de acordo com: se estamos correndo ao longo de uma dessas seis direções

or running along one of the six directions in between.

ou correndo ao longo de uma das seis direções no entremeio.

So we can put people in an MRI scanner

Assim, podemos colocar as pessoas num 'scanner' de ressonância magnética

and have them do a little video game

e fazer com que joguem vídeo game

like the one I showed you

como o que lhes mostrei

and look for this signal.

e procurar por este sinal.

And indeed, you do see it in the human entorhinal cortex,

E, de fato, você realmente o vê no córtex entorrinal humano,

which is the same part of the brain that you see grid cells in rats.

que é a mesma parte do cérebro na qual você vê células-rede em ratos.

So back to Homer.

De volta a Homer.

He's probably remembering where his car was

Provavelmente ele está lembrando onde está seu carro

in terms of the distances and directions

em termos de distâncias e direções

to extended buildings and boundaries

em relação a extensões de edificações e limites

around the location where he parked.

ao redor do local onde estacionou.

And that would be represented

E isso seria representado

by the firing of boundary-detecting cells.

pelo acendimento de células detetoras de limites

He's also remembering the path he took out of the car park,

Ele também lembra o caminho que tomou na saída do estacionamento,

which would be represented in the firing of grid cells.

que seria representado no acendimento de células-rede.

Now both of these kinds of cells

Agora, esses tipos de células

can make the place cells fire.

podem fazer as células de localização acenderem.

And he can return to the location where he parked

E ele pode retornar ao local onde estacionou

by moving so as to find where it is

movendo-se de forma a encontrar o ponto

that best matches the firing pattern

que melhor combine com o padrão de acendimento

of the place cells in his brain currently

atual das células de localização em seu cérebro

with the stored pattern where he parked his car.

com o padrão armazenado do ponto onde ele estacionou seu carro.

And that guides him back to that location

E isso o guia de volta àquele local,

irrespective of visual cues

independente de pistas visuais,

like whether his car's actually there.

como se o carro estivesse realmente ali,

Maybe it's been towed.

Talvez tenha sido guinchado.

But he knows where it was, so he knows to go and get it.

Mas ele sabe onde estava, então ele sabe ir e apanhá-lo.

So beyond spatial memory,

Então, além da memória espacial,

if we look for this grid-like firing pattern

se procuramos por esse padrão de acendimento semelhante à rede

throughout the whole brain,

por todo o cérebro,

we see it in a whole series of locations

nós o vemos numa série de locais

which are always active

que estão sempre ativos

when we do all kinds of autobiographical memory tasks,

quando fazemos todos os tipos de tarefas ligadas à memória autobiográfica,

like remembering the last time you went to a wedding, for example.

como lembrar a última vez que você foi a um casamento, por exemplo.

So it may be that the neural mechanisms

Portanto, é possível que os mecanismos neurais

for representing the space around us

para representar o espaço ao nosso redor

are also used for generating visual imagery

também sejam usados para gerar imagens visuais

so that we can recreate the spatial scene, at least,

de forma que possamos recriar a cena espacial, no mínimo,

of the events that have happened to us when we want to imagine them.

dos eventos que aconteceram conosco quando queremos imaginá-los.

So if this was happening,

Assim, se isso estivesse acontecendo,

your memories could start by place cells activating each other

suas memórias poderiam começar com as células de localização ativando umas às outras

via these dense interconnections

por meio dessas interconexões densas

and then reactivating boundary cells

e, então, reativando as células de limites

to create the spatial structure

para criar a estrutura espacial

of the scene around your viewpoint.

da cena ao redor de seu ponto de vista.

And grid cells could move this viewpoint through that space.

E as células-rede poderiam mover esse ponto de vista por esse espaço.

Another kind of cell, head direction cells,

Um outro tipo de célula, células de direção,

which I didn't mention yet,

que eu ainda não tinha mencionado,

they fire like a compass according to which way you're facing.

elas acendem como que uma bússola, de acordo com o que você está encarando.

They could define the viewing direction

Elas poderiam definir a direção da visão

from which you want to generate an image for your visual imagery,

da qual você quer gerar uma imagem para suas imagens visuais,

so you can imagine what happened when you were at this wedding, for example.

de forma que você pode imaginar o que aconteceu quando você estava nesse casamento, por exemplo.

So this is just one example

Este é apenas um exemplo

of a new era really

de uma nova era, realmente,

in cognitive neuroscience

na neurociência cognitiva

where we're beginning to understand

na qual estamos começando a entender

psychological processes

processos psicológicos

like how you remember or imagine or even think

de como você lembra, imagina ou mesmo pensa,

in terms of the actions

em termos das ações

of the billions of individual neurons that make up our brains.

dos bilhões de neurônios individuais que compõem nossos cérebros.

Thank you very much.

Muito obrigado.

(Applause)

(Aplausos)