O que revela a ciência sobre a ligação invisível entre o cérebro e os músculos?

Responder rapidamente a algo que vemos, como travar quando um carro aparece ou agarrar um objeto que está a cair, parece simples, mas exige uma coordenação finíssima entre cérebro e músculos. Essa coordenação não depende apenas de enviar “ordens” aos músculos: envolve ritmos elétricos no cérebro que oscilam de forma regular e que, quando se sincronizam com a atividade muscular, podem gerar respostas mais rápidas ou mais precisas. Para compreender este processo, uma equipa liderada por Alice Tomassini estudou a ligação entre a atividade cerebral registada por EEG e a força aplicada pela mão enquanto participantes seguiam um alvo em movimento e reagiam a mudanças inesperadas na sua trajetória.

Os resultados mostraram que o cérebro usa dois ritmos diferentes para apoiar duas capacidades essenciais: ritmo alfa - quando o cérebro e o músculo oscilavam em maior sintonia neste ritmo, os participantes respondiam mais depressa após a perturbação visual; ritmo beta - quando essa sincronização era mais forte neste ritmo, as respostas eram mais precisas e eficientes, aumentando a probabilidade de cumprir o objetivo e obter recompensa.

Num nível ainda mais fino, verificou‑se que o desempenho melhorava quando ambos os sinais oscilavam numa fase considerada “ideal”, sugerindo que não é apenas a força das oscilações que importa, mas a forma como o cérebro e o músculo “encaixam” no tempo. Estes efeitos mantiveram‑se mesmo após controlar fatores como atenção, força aplicada ou variações gerais da atividade cerebral, reforçando que a sincronização temporal entre cérebro e músculo desempenha um papel próprio e autónomo no controlo do movimento.

No conjunto, o estudo mostra que o cérebro ajusta continuamente a forma como se coordena com o corpo, alternando entre ritmos que favorecem rapidez e ritmos que favorecem precisão, conforme as exigências do momento. Compreender estes mecanismos pode inspirar novas abordagens em reabilitação motora, interfaces cérebro‑máquina mais rápidas e sistemas robóticos que reajam de forma mais humana. Este estudo foi publicado na revista científica Journal of Neuroscience, no artigo Alpha and beta cortico-motor phase dynamics shape visuomotor control on a single-trial basis, no âmbito do projeto de investigação 246/20 - The hidden rhythm of interpersonal (sub-)movement coordination, apoiado pela Fundação Bial.

ABSTRACT

A central question in sensorimotor neuroscience is how sensory inputs are mapped onto motor outputs to enable swift and accurate responses, even in the face of unexpected environmental changes. In this study, we leverage cortico-motor coherence as a window into the dynamics of sensorimotor loops and explore how it relates to online visuomotor control. We recorded brain activity using electroencephalography (EEG) while human participants (of either sex) performed an isometric tracking task involving transient, unpredictable visual perturbations. Our results show that coherence between cortical activity and motor output (force) in the alpha band (8-13 Hz) is associated with faster motor responses, while beta-band coherence (18-30 Hz) promotes more accurate control, in turn linked to a higher likelihood of obtaining rewards. Both effects are most pronounced near the onset of the perturbation, underscoring the predictive value of cortico-motor coherence for sensorimotor performance. Single-trial analyses further reveal that deviations from the preferred cortico-motor phase relationship are associated with longer reaction times and larger errors, and these phase effects are independent of power effects. Thus, beta-band coherence may reflect a cautious, reward-efficient control strategy, while alpha-band coherence enables quicker, though not necessarily efficient, motor responses, indicating a complementary, reactive control mode. These results highlight the finely tuned nature of sensorimotor control, where different aspects of sensory-to-motor transformations are governed by frequency-specific neural synchronization on a moment-to-moment basis. By linking neural dynamics to motor output, this study sheds light on the spectrotemporal organization of sensorimotor networks and their distinct contribution to goal-directed behavior.