A imaginação como função fundamental do hipocampo, parte 2

(c) Representações consistentes com possibilidades alternativas

Padrões de disparo correspondentes a locais diferentes da localização real do sujeito indicam que o hipocampo pode gerar representações de alternativas às experiências reais em curso. Tal como discutido acima, levantou-se a hipótese de que estes padrões de disparo reflectem representações internas referentes a episódios de experiência no passado ou no futuro previsto. Criticamente, descobertas recentes indicam que os padrões de disparo generativos exibem propriedades que podem ser mais consistentes com um processo subjacente que gera representações de hipóteses e possibilidades não reais de forma mais ampla, em vez de um processo caracterizado principalmente pela projeção da experiência no tempo [68-70] .

O hipocampo é uma parte muito importante do cérebro e acredita-se que esteja intimamente relacionado à memória. Segundo pesquisas, se a função inerente do hipocampo estiver errada ou danificada, isso causará danos à memória das pessoas.

Felizmente, porém, existem maneiras eficazes de proteger e melhorar o nosso hipocampo. O exercício é uma das formas mais eficazes. Através do exercício, podemos promover a circulação sanguínea no corpo, fornecendo assim mais oxigênio e nutrientes ao cérebro.

Além disso, mudar nosso estilo de vida também pode nos ajudar a proteger o hipocampo, como manter certos hábitos regulares de sono, alimentação, relaxamento e outros. Ao mesmo tempo, aprender novos conhecimentos e experimentar coisas novas também pode estimular o hipocampo e melhorar a nossa memória.

Em suma, para proteger o hipocampo do nosso cérebro e melhorar a nossa memória, precisamos de fazer exercício, mudar o nosso estilo de vida e continuar a aprender para que a nossa experiência possa ser mais rica, a nossa memória mais profunda e possamos viver uma vida feliz e saudável todos os dias. . Percebe-se que precisamos melhorar nossa memória. Cistanche deserticola pode melhorar significativamente a memória porque Cistanche deserticola é um material medicinal tradicional chinês com muitos efeitos únicos, um dos quais é melhorar a memória. A eficácia da carne picada vem dos vários ingredientes ativos que contém, incluindo ácidos, polissacarídeos, flavonóides, etc. Esses ingredientes podem promover a saúde do cérebro de várias maneiras.

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Em trabalhos recentes com foco em períodos de movimento, descobrimos que o disparo neural no hipocampo do rato pode representar regularmente várias alternativas com velocidade e regularidade impressionantes (figura 2) [68]. Nas observações iniciais, descobrimos que locais alternativos à frente dos animais em movimento poderiam ser representados não apenas tão rapidamente quanto a frequência do ritmo teta (ciclos de aproximadamente 125 ms), mas também sustentados ao longo de muitos ciclos teta consecutivos (figura 2a) [68] . Como em trabalhos anteriores mostrando que a atividade das células locais pode alternar em série entre caminhos futuros [99] ou corresponder a caminhos seguidos posteriormente [98,102], uma possibilidade é interpretar esse padrão de disparo neural como refletindo uma função essencialmente antecipatória, como planejamento ou deliberar sobre o comportamento futuro.

No entanto, também descobrimos que o disparo de células locais correspondentes a direções opostas de deslocamento exibia o mesmo padrão de alternância serial: ciclos sustentados de 16 Hz entre a direção real do animal e uma direção alternativa ou não real (figura 2b) [68]. Para esclarecer o que esse padrão de atividade alternada pode refletir sobre o processo subjacente no hipocampo, destacamos três pontos a serem considerados.

Primeiro, esse padrão de disparo generativo não tem referência temporal evidente ou intuitiva. Ao contrário do caso de locais alternativos à frente do animal, a direção alternativa não é mais consistente com a experiência futura nem mais consistente com a experiência anterior. Este foi especialmente o caso dado o cenário experimental, no qual os ratos viajavam rotineiramente em qualquer direção através de um labirinto como parte da navegação em uma tarefa alternada [68] (semelhante à Figura 2). Assim, o disparo neural que sinaliza a direção não real era tão plausivelmente um passado relembrado quanto um futuro antecipado. É importante ressaltar que esta ambiguidade em relação ao tempo se estende ainda mais: é também igualmente plausível que o padrão de disparo refletisse uma representação de um passado contrafactual, um presente alternativo ou uma experiência sem referência específica no tempo.

Esta última possibilidade lembra os pensamentos imaginativos dos seres humanos que não projetam explicitamente a experiência no passado ou no futuro, mas diferem das circunstâncias presentes do sujeito. Sem mais conhecimento, pode ser relativamente parcimonioso não atribuir referência temporal ao padrão de disparo hipocampal observado - em vez disso, uma interpretação mais simples é que esta atividade neural correspondia a uma experiência não real.

Em segundo lugar, a velocidade das alternâncias entre a realidade e a localização ou direção pode estar em desacordo com os processos conscientes do pensamento humano que são, pelo menos subjetivamente, mais lentos do que os ciclos teta de aproximadamente 125 ms. Por esta razão, especulamos que é improvável que um processo neural a esta velocidade esteja directamente acoplado à consciência, tal como durante a deliberação interna de um sujeito humano sobre duas escolhas, ou imagens mentais de um episódio recordado de navegação num caminho. Em vez disso, estes padrões de disparo neural generativos sugerem uma função que, tal como a generatividade, é marcada pela variabilidade e produtividade de momento a momento.

O terceiro ponto é que esta atividade generativa do hipocampo, que alternava entre possibilidades não experimentadas atualmente, era em grande parte independente do comportamento [68]. Este foi o caso tanto para a ciclagem de locais e direções não reais.

Especificamente, padrões de disparo alternados generativos ocorreram comumente em classes de comportamentos locomotores (por exemplo, correr, rastejar, girar, escanear a cabeça, breves pausas na corrida). Além disso, o número de ciclos teta correspondentes às alternativas variou amplamente entre instâncias de trajetórias semelhantes através do labirinto. Além disso, uma atividade que circulava entre dois caminhos à frente em uma bifurcação não previu de forma confiável o comportamento de viragem dos animais em trajetórias de corrida individuais [68]. Estas observações sugerem um processo subjacente que pode ser dissociado do comportamento em três níveis: classes de estado comportamental, trajetórias comportamentais e escolhas comportamentais futuras.

Estes três pontos são complementados por uma linha adicional de investigação. O exame do tempo de disparo neural dentro dos ciclos teta revelou uma surpreendente semelhança entre o disparo correspondente a locais e direções alternativas: para qualquer correlato representacional, o disparo correspondente à circunstância não real ocorreu especificamente nas fases finais dos ciclos teta (figura 2a,b) [68]. Esta observação indica que as fases teta tardias, anteriormente entendidas como contendo disparos relacionados com trajetórias futuras [53,67], não são exclusivas de locais à frente do animal (figura 3). Em vez disso, as fases tardias também podem conter disparos relacionados à direção alternativa, o que levanta a possibilidade de que os disparos correspondentes a possibilidades alternativas em qualquer outro domínio codificado pelo hipocampo também possam ser gerados nas fases teta tardias. Neste sentido, observações adicionais do nosso grupo sugerem dois exemplos adicionais de disparo generativo durante as fases finais do teta; os disparos podem corresponder a locais atrás do animal em um caminho que não foi apenas percorrido, sugerindo uma representação alternativa do passado [68], e também podem corresponder a locais relativamente distantes do animal, não apenas locais imediatamente à frente [70].

Juntas, estas descobertas ilustram que o disparo da fase tardia pode corresponder a vários tipos de alternativas à experiência real em curso (direção e vários locais). Isto é surpreendente porque não é consistente com a compreensão canônica dos ciclos teta como a organização de uma representação sequencial de locais ao longo de um único caminho, varrendo de locais passados ​​para locais futuros, ou de trás para frente do animal no espaço e no tempo (figura 3b) [ 53,55,67,94]. Em vez disso, estas descobertas sugerem a revisão da visão estabelecida de que o disparo do hipocampo durante as fases teta tardias corresponde a locais imediatamente à frente do animal. Uma visão mais inclusiva é que as fases teta tardias podem ser enriquecidas para disparos relacionados com uma diversidade de possibilidades alternativas e hipotéticas, incluindo, mas não se limitando a, experiências antecipadas (figura 3a).

Na discussão anterior, focamos principalmente nas descobertas recentes sobre a atividade neural do hipocampo associada ao movimento. Vários resultados paralelos indicam que eventos de repetição, que ocorrem durante períodos de imobilidade, também podem representar experiências possíveis ou hipotéticas que não são recapitulativas nem antecipatórias. As repetições podem representar trajetórias que ligam caminhos espaciais fisicamente conectados que o animal não percorreu comportamentalmente, como se estivesse simulando caminhos de atalho [84,104]. Tais trajetórias sintetizadas não foram vivenciadas diretamente pelo animal e, portanto, são inconsistentes com a recapitulação estrita do passado. Além disso, em alguns casos, os sujeitos nunca seguiram os atalhos, sugerindo que estas repetições podem não ter sido antecipatórias. Recentemente, outro estudo descobriu que a repetição é tendenciosa para um caminho não escolhido, mesmo quando esse caminho não satisfaz o estado motivacional do animal (ou seja, tendencioso para água quando está com fome e comida quando está com sede) [69]. Esta conclusão é inconsistente tanto com a repetição do passado recente como com o futuro imediato. Em suma, o disparo neural generativo no hipocampo durante o movimento (teta) e o repouso (repetição) pode refletir um processo que representa uma diversidade de possibilidades que são alternativas à experiência real presente (figuras 3 e 4).

5. Organização e origem da atividade generativa no cérebro

Tendo revisado vários tipos de atividade neural generativa no hipocampo, voltamo-nos para a nossa próxima questão de como as representações generativas podem ser organizadas e “analisadas” a partir de representações da experiência real e contínua. Seria de se esperar que processos neurais estivessem em vigor para separar a atividade real da atividade geradora para evitar sua confusão, uma reminiscência da capacidade do sujeito de distinguir internamente a experiência real da imaginada [4]. Vários esquemas organizacionais são possíveis; diferentes conjuntos de neurônios poderiam participar de representações reais versus representativas, essas representações poderiam ocorrer em momentos relativos diferentes ou alguma combinação desses esquemas poderia ocorrer.

Achados no hipocampo de roedores indicam que o disparo neural correspondente às representações reais e generativas ocorre em tempos relativos diferentes que são determinados internamente (105). As representações generativas tendem a ocorrer não apenas com a separação temporal das representações da realidade, mas também em alinhamento com os padrões de atividade subjacentes no nível da rede no hipocampo que são gerados internamente: SWRs e o ritmo teta (figura 3a) [68,106]. Isto resulta numa alternância em série de disparos neurais correspondentes à realidade e à generatividade, ou a uma “multiplexação” temporal de representações reais e generativas no cérebro.

Essa alternância serial está presente em todos os estados comportamentais. Durante a imobilidade, o disparo neural correspondente à localização atual real do animal é mantido por períodos prolongados, suprimido transitoriamente durante eventos de SWR que normalmente contêm replays generativos (dezenas a centenas de milissegundos) e depois restaurado (figura 3) [106,107].

Da mesma forma, durante o movimento e os comportamentos exploratórios, o disparo neural correspondente à experiência alternativa real, presente e não real, ou às representações reais e generativas, ocorre em série e em alinhamento com as fases características do ritmo teta [3,68]. Mais especificamente, as fases iniciais contêm caracteristicamente representações da experiência real passada e presente do animal, enquanto as fases posteriores podem conter disparos correspondentes a uma variedade de experiências hipotéticas, resultando em representações alternadas reais e generativas (exemplos na figura 2, esquema na figura 3) [ 68]. Além disso, existem vários níveis de alternância entre a atividade real e a atividade generativa durante o movimento - as representações não apenas se alternam dentro de ciclos teta de aproximadamente 125 ms (por exemplo, posição real e próxima), mas também através de ciclos teta consecutivos (por exemplo, alternância de dois caminhos possíveis à frente; figura 2) [68]. Descobertas adicionais também são consistentes com a ideia de que múltiplas representações podem ser acomodadas no hipocampo por meio de alternância serial em uma escala de tempo de subsegundos. Por exemplo, estudos no hipocampo de ratos relataram 'oscilações' moduladas em teta entre representações de dois contextos ambientais, bem como comutação dinâmica entre dois quadros de referência espaciais e sequências de localização ordenadas reversas e diretas separadas dentro dos ciclos teta [108-110 ].

A organização do disparo neural real e generativo no hipocampo também se estende a outras áreas do cérebro, consistente com o envolvimento de uma rede distribuída nessas representações [20,111,112]. Os padrões de atividade neural em nível de rede subjacentes às representações generativas podem ser coerentes no hipocampo e no córtex pré-frontal durante as repetições e ao longo do ritmo teta, com alguns relatos de expressão simultânea de representações de localização reais versus alternativas em ambas as regiões [107,113–117]. Além disso, alguns eventos de disparo generativo no hipocampo não são apenas coordenados, mas também previstos pela atividade das células no córtex pré-frontal medial (70). Numerosas outras áreas corticais e subcorticais também compartilham padrões de disparo coordenados com o hipocampo, tanto durante eventos de repetição quanto durante o ritmo teta [67,118–125]. O recrutamento de uma grande rede de áreas cerebrais durante atividades relacionadas à experiência real e generativa parece refletir a organização de todo o cérebro, e a questão de como os padrões de disparo em outras regiões do cérebro contribuem e respondem especificamente às representações generativas no hipocampo permanece uma questão ativa. área de pesquisa [113.122].

Como podem surgir padrões organizados de disparos neurais generativos no hipocampo através de processos hipocampais e extra-hipocampais? Isto permanece em grande parte desconhecido, mas alguns pontos iniciais podem ser feitos. Em primeiro lugar, seria de esperar que padrões de disparo generativos, que não correspondem a circunstâncias imediatamente contínuas, surgissem principalmente de padrões de actividade impulsionados internamente, em oposição à actividade neural impulsionada directamente por estímulos externos. Consistente com isso, eventos generativos são observados durante os ROEs e em associação com o ritmo teta – e ambos os padrões de atividade são gerados internamente no cérebro (espontaneamente) em vez de provocados por estímulos externos [76,126]. Mais especificamente, os SWRs ocorrem espontaneamente durante o sono na ausência de estímulos sensoriais dinâmicos e podem ser gerados intrinsecamente em fatias isoladas do hipocampo in vitro [76]. As oscilações teta do hipocampo surgem in vivo em coordenação com uma região geradora de ritmo, o septo medial, e também podem ser geradas in vitro no hipocampo isolado de roedores [127,128]. Além disso, as fases finais do teta, durante as quais as representações generativas tendem a ocorrer, estão associadas ao aumento da atividade recorrente da rede dentro do hipocampo e à influência relativamente mais fraca das áreas corticais que se acredita fornecerem informações multimodais ao hipocampo [63,67,129,130].

Embora as oscilações SWR e teta sejam entendidas como geradas internamente e associadas à ocorrência de padrões de disparo neural generativos no hipocampo, a questão de como grupos específicos de neurônios (como células de lugar com campos de lugar sobrepostos) são recrutados durante eventos generativos permanece abra [131]. Além dos mecanismos que suportam a geração de ROE e teta, é provável que informações de regiões cerebrais além do hipocampo tenham um papel nesse processo [67]. Uma possibilidade é que a ativação de conjuntos específicos de neurônios sintonizados espacialmente durante eventos generativos seja guiada por áreas extra-hipocampais, como o córtex pré-frontal, que também estão implicadas na rede de modo padrão [20]. Esta possibilidade é consistente com a evidência de que a atividade cortical pode prever picos generativos durante as oscilações teta com vários ciclos de antecedência, bem como a atividade SWR durante o sono, e argumentaria contra a ideia de que os conjuntos do hipocampo são ativados exclusivamente por estímulos não estruturados [70,125]. Estudos centrados nos correlatos internos da atividade generativa dentro do cérebro, em detrimento dos correlatos comportamentais externos, podem ser especialmente importantes para compreender o que determina os padrões de disparo neural generativo observados no hipocampo.

A segregação das representações generativas e reais no hipocampo também levanta a questão de saber se o hipocampo diferencia ainda mais os subtipos de representações generativas. Por exemplo, serão os eventos que reflectem experiências verídicas do passado de alguma forma distinguidos daqueles que reflectem alternativas construídas, ou daqueles que são preditivos de escolhas futuras? No nível do disparo neural, ainda não está claro se ou como o hipocampo pode separar essas representações possíveis.

No entanto, dois pontos de referência na literatura humana oferecem pistas de que os substratos neurais relevantes podem estar fora do hipocampo. Primeiro, os pacientes com amnésia hipocampal podem ter pensamentos que distinguem o passado ou o futuro, apesar das deficiências na memória episódica [132,133]. Além disso, a ativação do hipocampo durante simulações mentais sem posicionamento temporal versus aquelas especificamente definidas no futuro resulta em níveis de ativação semelhantes no lobo temporal medial e na rede de modo padrão [132,134]. Estes resultados são consistentes com a ideia de que as representações temporalmente diferenciadas relacionadas ao passado ou ao futuro podem não ser dependentes do hipocampo. Em segundo lugar, sujeitos humanos saudáveis ​​podem discriminar subjetivamente informações derivadas interna e externamente, uma capacidade conhecida como monitoramento da realidade [135]. Com base em estudos de imagens funcionais em indivíduos saudáveis ​​e em pacientes com esquizofrenia que apresentam alucinações, acredita-se que o monitoramento da realidade dependa principalmente de redes corticais pré-frontais (112).

Por outro lado, outro estudo relata que a ativação do hipocampo foi semelhante em casos de memória de reconhecimento verdadeiro e falso (136), sugerindo ainda que esta capacidade não depende estritamente do hipocampo. Embora sondar o monitoramento da realidade em roedores não seja simples, seria notável se, por exemplo, os padrões de disparo cortical frontal diferissem sistematicamente com base na representação de possibilidades no hipocampo que refletissem a experiência verídica versus alternativas construídas. Tal resultado seria consistente com a ideia de que o hipocampo por si só pode não distinguir subcategorias de eventos geradores, mas que o cérebro pode fazê-lo através do envolvimento de circuitos pré-frontais.

Olhando além dos roedores, permanece uma questão em aberto sobre quais padrões de atividade generativa no hipocampo são compartilhados entre as espécies [137]. Por um lado, os cabos de aço foram observados em vários vertebrados, assim como os padrões de reativação neural sugestivos de repetição [138–144]. Em humanos, também foram relatados padrões de repetição e semelhantes a repetição, incluindo padrões de atividade consistentes com a reativação de experiências anteriores, bem como atividade sequencial inferida que não é simplesmente recapitulativa [145–149]. Em contraste com a onipresença dos cabos de aço nos vertebrados, o ritmo teta parece ser mais proeminente e contínuo no hipocampo dos roedores do que em várias outras espécies (137).

Um exemplo notável é o hipocampo do morcego, que mostra flutuações de atividade no nível da rede que geralmente não são rítmicas, mas ainda assim organizam o disparo das células locais de acordo com a fase [140,150–153]. Isto pode sugerir que as representações reais e generativas podem ser organizadas através da multiplexação temporal, mesmo na ausência de ritmicidade forte. Em primatas não humanos e humanos, o ritmo teta do hipocampo parece ocorrer em episódios intermitentes e com uma frequência mais baixa [140,150–153]. Recentemente, a codificação da fase teta também foi demonstrada em células individuais em seres humanos [154,155]. Ao todo, esses resultados indicam alguma conservação entre as espécies da organização do disparo neural em relação à atividade do hipocampo no nível da rede. De forma mais geral, eles deixam aberta a possibilidade de que os cérebros de muitas espécies multiplexem temporalmente representações internas reais versus representações internas gerativas.

6. Geratividade em função do hipocampo

Descobertas recentes descritas acima sugerem que o hipocampo gera regularmente uma gama mais ampla de representações do que se pensava anteriormente. Que implicações funcionais isso sugere?

As funções cognitivas comumente atribuídas ao hipocampo oferecem um ponto de partida. As teorias existentes sobre a função do hipocampo são frequentemente baseadas no papel estabelecido do hipocampo na memória episódica humana [30–32]. Sob uma visão essencialmente episódica, a atividade do hipocampo necessariamente representa ou se refere ao tempo e ao espaço, pela definição de uma experiência episódica (figura 3b) [156]. Nesse sentido, hipóteses baseadas nesta visão propõem que o disparo neural do hipocampo corresponde a processos cognitivos, como recuperação e consolidação de memória orientada para o passado, ou planejamento e prospecção orientados para o futuro [3,65]. A visão de que o disparo neural do hipocampo pode apoiar a memória de episódios passados ​​foi sugerida por descobertas que ligam causalmente eventos SWR (que geralmente ocorrem simultaneamente com a repetição) ao desempenho em tarefas que exigem memória de uma escolha feita em um teste anterior [157,158], embora a diversidade de padrões de disparo neural generativos revisados ​​acima durante os replays sugere um quadro mais complexo [52,62,65].

Tanto a repetição como as representações generativas associadas também foram postuladas como processos antecipatórios, como o planejamento, em apoio à tomada de decisão [159]. Estas ideias foram reforçadas pelas observações analisadas acima de que a repetição e a atividade associada ao teta podem estar relacionadas não apenas com o comportamento passado, mas também com o comportamento potencialmente futuro. Para explicar as descobertas de que nenhum desses padrões de disparo parece codificar a próxima escolha dos animais com alta confiabilidade [52,68,82,99] (mas veja [98,100,101]), outra versão da hipótese do planejamento antecipatório postula que o hipocampo gera um 'menu' de opções relevantes avaliadas por outras áreas do cérebro antes da decisão [41,99].

Cada uma dessas interpretações funcionais é plausível e conceitualmente importante, mas apenas consistente com um subconjunto de instâncias e propriedades de padrões de disparo neural generativos nos estudos revisados ​​acima. Especificamente, não está claro como a recuperação da experiência e o planejamento para o futuro explicam a prevalência e a variedade de representações generativas observadas, particularmente aquelas que estão ambiguamente relacionadas ou não com o comportamento no passado ou no futuro, e aquelas que vão contra as experiências imediatas e escolhas [68,69,84].

Como uma visão alternativa, os padrões de disparo generativos podem ser entendidos como expressando caracteristicamente alternativas às circunstâncias reais, independentemente de essas circunstâncias serem no passado, presente ou futuro. Na verdade, sugerimos que a referência temporal ao passado, presente ou futuro para um determinado padrão de disparo no hipocampo pode não ser intrínseca ou essencial (figura 3a), uma visão que também foi postulada para explicar descobertas recentes em seres humanos [132 ].

Por esta interpretação, as funções cognitivas orientadas para o passado e o futuro que requerem ou envolvem o hipocampo seriam aplicações particulares de um papel subjacente mais amplo e mais essencial na generatividade, ou representando experiências não reais, incluindo possibilidades e hipotéticas. Esta visão do papel do hipocampo ao nível da cognição está mais próxima da imaginação (figura 4). Um sistema neural que implementa a generatividade pode muitas vezes construir uma variedade de representações potencialmente úteis que não se relacionam necessariamente com circunstâncias conhecidas, ou predizem o comportamento imediato, mas permanecem relevantes para o comportamento num horizonte de tempo indefinido. Esta vantagem é semelhante à dos pensamentos perspicazes gerados no decurso de uma actividade mental aparentemente não dirigida, como a reflexão livre ou a divagação mental.

Se a actividade neural generativa no hipocampo não se refere intrinsecamente a experiências reais, que tipo de relevância poderá ter para a experiência, o pensamento e o comportamento? Uma ideia unificadora é que o hipocampo é um sistema de memória “relacional”: um sistema para inferir relações abstratas entre eventos observáveis ​​(como estímulos sensoriais, ações e estados internos). A integração de informações na memória relacional é benéfica porque permite inferência e generalização para novas circunstâncias, como aquelas em que elementos da experiência anterior são reconfigurados [42,160,161]. Isto pode ser vantajoso independentemente de essas novas circunstâncias poderem ser antecipadas no momento da geração da informação relacional, consistente com a ideia de que a actividade generativa pode, mas nem sempre, estar relacionada com o comportamento imediato.

A generatividade poderia apoiar o pensamento relacional, reunindo elementos da experiência que não são vivenciados em conjunto. Especificamente, o papel da atividade generativa poderia ser combinar elementos de experiência que de outra forma seriam separados, para que a sua relação possa ser inferida. Para ilustrar, um exemplo clássico é a inferência de uma relação transitiva; se um sujeito aprende que A deve ser escolhido em vez de B e B em vez de C a partir de experiências do mundo real, então o sujeito pode inferir que A deve ser escolhido em vez de C, apesar de nunca ter experimentado A e C juntos. Este tipo de capacidade inferencial depende do hipocampo em roedores e, além disso, está associada à ativação do hipocampo em humanos [45,162–164]. Um segundo exemplo é inferir relações espaciais, que muitas vezes dependem da capacidade de vincular experiências anteriores fisicamente descontíguas. O comportamento dos roedores há muito indica a capacidade de inferir novas rotas, incluindo atalhos mais eficientes, através de um ambiente espacial [38,39].

No nível do disparo neural, os eventos de repetição podem se unir em uma representação coerente de dois segmentos de trilha que o rato nunca percorreu em uma única corrida e podem representar novos caminhos para objetivos que não foram percorridos antes [84,104]. Além disso, foi demonstrado que o hipocampo do camundongo coativa neurônios relacionados à representação de eventos distintos durante SWRs em uma tarefa de raciocínio inferencial (164). Representações generativas como estas parecem combinar informações através de episódios anteriores separados em possibilidades construídas internamente que podem ter o potencial, mas não são necessárias, para informar o comportamento. Consistente com essas descobertas, não apenas a ativação do hipocampo humano está associada a escolhas inferenciais corretas (164), mas os sujeitos humanos também exibem sequências geradas internamente de atividade do hipocampo que reordenam elementos da experiência em novas sequências inferidas que não simplesmente recapitulam sequências experimentadas anteriormente [ 145]. Tomados em conjunto, estes resultados sugerem que a atividade generativa do hipocampo pode ser adequada para contribuir para o pensamento relacional e, em última análise, para a geração interna de novos conhecimentos que vão além da experiência.

É importante ressaltar que as inferências em tal sistema de memória relacional podem operar não apenas em várias modalidades, como estados sensoriais, motores e internos, mas também gerar todos os tipos de relações [161,165–167]. Sob esta visão do hipocampo, as relações temporais e espaciais são exemplos de relações que são ricas e predominantes – e experimentalmente acessíveis – mas não totalmente abrangentes. Isto é evidenciado pelo envolvimento do hipocampo em inferir relações que não são nem temporais nem espaciais [45,162,164,168].

Compreender o hipocampo como representando intrinsecamente alternativas à realidade sugere que o hipocampo pode ter um papel mais amplo na cognição do que é frequentemente descrito. Se o papel do hipocampo na cognição não estiver restrito a tipos específicos de relações, como no tempo e no espaço, a atividade neural generativa poderá envolver a construção e aplicação de qualquer número de relações em domínios adicionais. Em roedores, por exemplo, o disparo neural no hipocampo é frequentemente estudado sobre o espaço, mas também pode codificar uma ampla variedade de variáveis ​​da experiência, como odores e sons [100,169–174]. Conseqüentemente, esperaríamos que o hipocampo exibisse atividade generativa correspondente a alternativas de experiência em termos de tais variáveis. Isto poderia incluir a ligação de aspectos da experiência entre modalidades em representações construídas internamente de possibilidades ou hipóteses que não foram experimentadas. No caso dos humanos, é particularmente notável que o hipocampo está há muito tempo ligado não apenas à aquisição de memória episódica, mas de memória declarativa de forma mais geral, o que implica a aquisição de memória semântica. Por este motivo, pode ser plausível que a atividade neural generativa em humanos (além dos animais) possa representar alternativas à realidade, envolvendo-se em relações semânticas - por exemplo, na compreensão ou produção da linguagem, e na criatividade entendida de forma mais ampla [33,132,175-178] .

Esta visão mais ampla da generatividade no hipocampo pode ter implicações adicionais num nível mais elevado do que a representação. Uma vantagem dos modelos internos é que eles permitem a exploração dirigida internamente, ou simulações generativas e formação de hipóteses destinadas a produzir o máximo ganho de informação [159]. Curiosamente, embora tal exploração seja reconhecida como sendo, em última análise, adaptativa, pode ter pouca ou nenhuma utilidade imediata e, além disso, a actividade neural que implementa este processo pode não estar correlacionada com o comportamento imediato. A exploração também pode ser impulsionada pela curiosidade, uma motivação intrínseca que tem sido notavelmente ligada à construção de modelos internos ricos [179]. Estes são vários pontos de contacto entre a exploração baseada em informação e os padrões de actividade generativa. No entanto, mesmo para além da exploração baseada em informações, é cada vez mais reconhecido que os humanos e uma variedade de animais podem abrigar motivações intrínsecas expressas como objetivos autodeterminados e autoguiados, manifestando-se no comportamento como “brincadeira” [180]. Criticamente, tal como a exploração, a peça tem (praticamente por definição) pouca ou nenhuma utilidade imediata para os sujeitos, embora a sua relevância ou papel na cognição avançada seja potencialmente crucial [180]. Vale, portanto, especular que a adoção análoga, semelhante à brincadeira, de objetivos e restrições internas aparentemente arbitrárias é relevante para a compreensão dos padrões de atividade generativa no hipocampo, tanto em animais como em humanos. Assim, as representações generativas do hipocampo e do hipocampo em geral podem representar alternativas à experiência, não apenas para navegar em ambientes e objectivos imediatamente relevantes, mas também para perseguir qualquer número de objectivos dirigidos e inventados internamente. Em última análise, fazê-lo pode ser crucial não só para desenvolver uma maior compreensão da experiência passada e imediatamente relevante, mas também para lidar de forma adaptativa e flexível com cenários inesperados e circunstâncias desconhecidas no futuro.

7. Conclusão

A imaginação requer a capacidade de gerar experiências, pensamentos ou representações que não se referem ao presente real. Esta capacidade essencial, denominada “generatividade”, pode ser compreendida ao nível do cérebro e não necessita de implicar consciência ou imagens mentais. Estudos humanos vincularam a imaginação e a construção de hipóteses ao hipocampo e estudos complementares no hipocampo de roedores identificaram padrões de disparo neural correspondentes a experiências que não refletem o presente real. Os relatos tradicionais da função do hipocampo muitas vezes interpretam esses padrões de disparo generativos, como aqueles observados durante as repetições do SWR e nas fases finais do ritmo teta, como experiências no passado e no futuro. Esta importante visão pode ser limitada ao levar em conta a diversidade de padrões de disparo generativos do hipocampo sugeridos por descobertas recentes. Em vez disso, propomos que representar alternativas à experiência presente real é em si essencial para o hipocampo.

Estas representações podem abranger uma ampla gama de possibilidades autogeradas, hipotéticas e não-atualidades de todos os tipos: desde episódios passados ​​e futuros antecipados até contrafactuais, presentes alternativos, novas combinações de experiências e simulações criativas ou mesmo lúdicas, incluindo aquelas sem espaço ou referência temporal. Sugerimos ainda que diversos padrões de atividade generativa do hipocampo podem ser usados ​​para aprender, inferir e considerar várias relações abstratas. Isto, por sua vez, sugeriria que as funções do hipocampo que se referem ao tempo ou ao espaço (como a memória episódica e a viagem mental no tempo) podem ser aplicações particulares de um sistema mais amplo de imaginação (figura 4) [7,15,17,176]. Notavelmente, esta visão defende que a função da atividade neural generativa no hipocampo pode não ser caracterizada pela força da sua correlação com escolhas comportamentais imediatas, mas sim pelas suas relações com processos internos [68,113,122,181]. A contribuição da generatividade para o comportamento pode não ser imediata e, na verdade, pode ter um horizonte indefinido na vida do sujeito. Este sistema pode ser elaborado em humanos, apoiando voos frequentes e às vezes aparentemente não direcionados de criatividade e imaginação.

Acessibilidade de dados. Este artigo não contém dados adicionais. Contribuições dos autores. AEC: conceituação, redação – rascunho original, redação – revisão e edição; LMF: conceituação, redação – revisão e edição; KK: conceituação, redação – revisão e edição.

Todos os autores deram aprovação final para publicação e concordaram em assumir a responsabilidade pelo trabalho realizado.

Declaração de conflito de interesses. Declaramos que não temos interesses concorrentes. Financiamento. Este trabalho foi apoiado pelo prêmio NSF GRFP 1650113 (AEC), prêmio NIH F31MH124366 (AEC), programa UCSF Discovery Fellows (AEC), Howard Hughes Medical Institute (LMF), prêmio NIH 1K99MH126158-01A1 (KK), Prêmio NSF 1707398 (KK), prêmios Simons Foundation 542981 (LMF) e 542963 (KK) e prêmio Gatsby Charitable Foundation GAT3708 (KK). O conteúdo é de responsabilidade exclusiva dos autores e não representa necessariamente a opinião das agências de apoio. Reconhecimentos. Agradecemos à Dra. Abhilasha Joshi, à Dra. Anna Gillespie, à Dra. Hannah Joo, Joshua Brenner e a todos os membros do Frank Lab pelos comentários e discussões úteis.

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