Investigadores da Fundação Champalimaud (FC), em Lisboa, conseguiram pela primeira vez determinar, com base numa técnica de imagem, se os impulsos nervosos no cérebro de ratos fluem numa direção ascendente, levando informação sobre o input visual (feedforward) ou descendente(feedback), levando informação sobre expectativas ou previsões acerca de uma determinada tarefa ou sobre a percepção do mundo que nos rodeia. Os seus resultados, publicados hoje (4 de Maio de 2026) na revista Nature Communications, podem ter implicações importantes na compreensão das alterações no cérebro de pessoas com alucinações, Alzheimer, esquizofrenia, autismo e outras doenças.

Joana Carvalho, que na altura trabalhava no laboratório de IRM Pré-clínica da FC, liderado pelo co-autor principal do estudo Noam Shemesh, assina o trabalho como primeira autora do novo estudo (desde então, Carvalho tornou-se líder de grupo na Universidade de Coimbra). “Ela teve as ideias, fez as experiências e analisou os resultados. Eu apenas contribuí com a minha experiência em ressonância magnética”, diz Shemesh. O co-autor Koen V. Haak, da Universidade de Tilburg (Países Baixos), prestou assistência com os modelos computacionais e os outros ajudaram com as experiências.

A equipa demonstrou que os impulsos nervosos espontâneos de feedforward e feedback nestes roedores (o cérebro nunca dorme) têm cada um uma assinatura única e distinta, que pode ser detectada utilizando um método por eles desenvolvido, chamado uFLARE (UltraFast Layer-Resolved Encoding), uma técnica de neuroimagem concebida para mapear a actividade cerebral com resoluções temporais e espaciais sem precedentes.

A aquisição ultra-rápida (em dezenas milissegundos) de imagens com resolução submilimétrica, necessária para distinguir entre o fluxo de informação nervosa feedforward e feedback, não teria sido possível sem o scanner de ressonância magnética experimental de ultra-alto campo do laboratório de Shemesh, que gera um campo magnético de 9,4 Tesla (comparativamente, as máquinas de ressonância magnética médica costumam gerar campos de um a três Tesla). Graças a essa potente máquina, a equipa conseguiu medir a actividade dos circuitos corticais, capturando mudanças rápidas, por ressonância magnética funcional (fMRI).

No entanto, para interpretar os dados, “era necessário um segundo ingrediente além dessas imagens de muito alta resolução temporal e espacial”, diz Shemesh. “Era necessário um modelo computacional bidirecional de como a informação flui entre diferentes partes do cérebro.”

O trabalho da equipa centrou-se no córtex visual, que está organizado em seis camadas distintas e no qual as regiões-alvo dos impulsos nervosos em cada direção são bem conhecidas e distintas. Ou seja, os sinais de feedforward que chegam ao córtex visual a partir dos órgãos sensoriais têm como alvo principal a camada IV do córtex visual, enquanto as ligações de feedback das áreas visuais de ordem superior para o córtex visual primário se projetam preferencialmente para as camadas I e VI.

Um modelo direccional do córtex visual

Assim, o modelo que os investigadores utilizaram para discriminar correctamente as vias feedforward e feedback no córtex visual foi o chamado “modelo de campo conectivo baseado em camadas corticais” (layer‑based connective field model). Este modelo de comunicação neuronal prevê a actividade de um neurónio-alvo numa dada camada com base nos sinais neuronais de outra parte do cérebro.

Neste modelo, o tamanho do campo conectivo de um grupo de neurónios “é uma medida da extensão da informação que está a ser enviada ou recebida pelos diferentes neurónios”, explica Carvalho. “Se tivermos um campo conectivo grande, isso significa que uma determinada população de neurónios recebe informação de um grande grupo de neurónios de outra área”, acrescenta.

Isto significa que a variação do tamanho do campo conectivo entre camadas é diferente para as vias ascendentes (feedforward) e descendentes (feedback). De facto, para os sinais feedforward, o modelo prevê que este tamanho atinja um máximo nas camadas intermediárias do córtex visual (camada IV em particular), enquanto que, para as ligações de feedback, o sinal atinge o seu máximo nas camadas mais superficiais e nas mais profundas (I e VI).

Quando os investigadores extraíram, das enormes sequências de imagens de ressonância magnética funcional que obtiveram, as informações relevantes sobre o tamanho e a distribuição dos campos conectivos, estas revelaram duas assinaturas radicalmente diferentes para os sinais feedforward e feedback, permitindo inferir correctamente a direccionalidade da propagação da informação.

Os investigadores demonstraram ainda que a metodologia também se aplica a outras áreas do cérebro, como os sistemas somatossensorial e motor, sugerindo um padrão geral de comunicação cortical.

Os resultados podem ter implicações importantes para a compreensão das doenças humanas. “No autismo, na doença de Parkinson ou na doença de Alzheimer, e também em muitos tipos de doenças em que há uma lesão no cérebro”, explica Shemesh, “tudo o que podemos dizer neste momento é que as vias de actividade feedforward e feedback mudam, mas não sabemos como isso acontece nem compreendemos o que é diferente. Com este novo método e esta nova análise, podemos estudar as mudanças no fluxo de informação direccional. É uma nova forma de analisar a atividade no cérebro.”

“Estamos agora a tentar ver se podemos replicar estes padrões de ligações de feedback e feedforward em humanos”, diz Carvalho. “É aí que as coisas se tornam interessantes: podemos então conseguir ver como uma lesão altera os sinais de feedback e feedforward correspondentes. Em pessoas com autismo, sabemos que a sua percepção é diferente porque têm mecanismos integrativos diferentes, e devemos conseguir ver se isso diz respeito a sinais de feedback ou de feedforward. A partir daqui, vamos poder tentar responder a estas perguntas.”