Como a ciência dominante moderna investiga o cérebro?

2024 Autor: Seth Attwood | [email protected]. Última modificação: 2023-12-16 16:14

Não faz muito tempo, de acordo com os padrões históricos, o cérebro era conhecido como uma "caixa preta", cujos processos internos permaneciam um mistério. As recentes conquistas científicas não nos permitem mais declarar isso de forma tão categórica. No entanto, ainda existem muito mais perguntas do que respostas inequívocas no campo da pesquisa do cérebro.

É extremamente difícil reconhecer neste sistema, que possui parâmetros numéricos cósmicos e está em constante movimento, mecanismos que poderiam estar correlacionados com o que chamamos de memória e pensamento. Às vezes, para isso, você precisa penetrar diretamente no cérebro. No sentido físico mais direto.

Independentemente do que digam os defensores da vida selvagem, ninguém ainda proibiu os pesquisadores de fazer experiências com cérebros de macacos e ratos. No entanto, quando se trata do cérebro humano - um cérebro vivo, é claro - experimentos nele são praticamente impossíveis por razões de lei e ética. Você pode entrar na "matéria cinzenta" apenas, como dizem, para a empresa com remédios.

Fios na minha cabeça

Uma dessas oportunidades apresentadas aos pesquisadores do cérebro foi a necessidade de tratamento cirúrgico de casos graves de epilepsia que não respondem à terapia medicamentosa. A causa da doença são as áreas afetadas do lobo temporal mediano. São essas áreas que precisam ser removidas com métodos neurocirúrgicos, mas antes de tudo precisam ser identificadas para que, por assim dizer, não “corte o excesso”.

O neurocirurgião americano Yitzhak Fried, da Universidade da Califórnia (Los Angeles), foi um dos primeiros a aplicar a tecnologia de inserção de eletrodos de 1 mm diretamente no córtex cerebral na década de 1970. Comparados ao tamanho das células nervosas, os eletrodos tinham dimensões ciclópicas, mas mesmo um instrumento tão rudimentar era suficiente para remover o sinal elétrico médio de vários neurônios (de mil a um milhão).

Em princípio, isso era suficiente para atingir objetivos puramente médicos, mas em algum momento decidiu-se melhorar o instrumento. A partir de então, o eletrodo milimetrado recebeu uma extremidade em forma de ramificação de oito eletrodos mais finos com diâmetro de 50 μm.

Isso possibilitou aumentar a precisão das medidas até a fixação do sinal de grupos relativamente pequenos de neurônios. Métodos também foram desenvolvidos para filtrar o sinal enviado por uma única célula nervosa do cérebro do ruído "coletivo". Tudo isso não foi feito com propósitos médicos, mas com propósitos puramente científicos.

O que é plasticidade cerebral?

A plasticidade do cérebro é a incrível capacidade de nosso órgão de pensamento de se adaptar às mudanças das circunstâncias. Se aprendermos uma habilidade e treinarmos o cérebro intensamente, aparecerá um espessamento na área do cérebro responsável por essa habilidade. Os neurônios localizados lá criam conexões adicionais, consolidando as habilidades recém-adquiridas. No caso de dano a uma parte vital do cérebro, o cérebro às vezes desenvolve novamente os centros perdidos na área intacta.

Neurônios nomeados

Os objetos de pesquisa eram pessoas que aguardavam cirurgia para epilepsia: enquanto eletrodos embutidos no córtex cerebral liam sinais de neurônios para determinar com precisão a área de intervenção cirúrgica, experimentos muito interessantes foram realizados ao longo do caminho. E foi o que aconteceu quando os ícones da cultura pop - estrelas de Hollywood, cujas imagens são facilmente reconhecíveis pela maioria da população mundial, trouxeram benefícios reais para a ciência.

O colega de trabalho de Yitzhak Frida, médico e neurofisiologista Rodrigo Kian Quiroga, mostrou aos participantes em seu laptop uma seleção de recursos visuais conhecidos, incluindo personalidades populares e estruturas famosas, como a Sydney Opera House.

Quando essas imagens foram mostradas, a atividade elétrica de neurônios individuais foi observada no cérebro, e diferentes imagens “ativaram” diferentes células nervosas. Por exemplo, um “neurônio Jennifer Aniston” foi instalado, que “disparou” sempre que um retrato desta atriz romântica apareceu na tela. Qualquer que seja a foto que Aniston tenha mostrado ao sujeito, o neurônio "seu nome" não falhou. Além disso, também funcionou quando apareceram na tela frames da famosa série de TV, na qual a atriz estrelou, mesmo que ela própria não estivesse no frame. Mas, ao ver garotas que apenas se pareciam com Jennifer, o neurônio ficou em silêncio.

A célula nervosa estudada, como se viu, estava associada precisamente à imagem holística de uma atriz em particular, e não a elementos individuais de sua aparência ou vestimenta. E essa descoberta forneceu, senão uma chave, uma pista para a compreensão dos mecanismos de retenção da memória de longo prazo no cérebro humano.

A única coisa que nos impediu de seguir em frente foram as próprias considerações de ética e de direito, que foram mencionadas acima. Os cientistas não puderam colocar eletrodos em nenhuma outra área do cérebro, exceto aquelas que foram submetidas à pesquisa pré-operatória, e o estudo em si teve um período de tempo médico limitado.

Isso tornou muito difícil encontrar uma resposta para a questão de saber se o neurônio de Jennifer Aniston, ou Brad Pitt, ou a Torre Eiffel realmente existe, ou talvez como resultado de medições, os cientistas acidentalmente tropeçaram em apenas uma célula de uma rede inteira conectados entre si por conexões sinápticas, que são responsáveis por preservar ou reconhecer uma determinada imagem.

Brincando com fotos

Seja como for, os experimentos continuaram e Moran Cerf se juntou a eles - uma personalidade extremamente versátil. Israelense de nascimento, experimentou-se como consultor de negócios, hacker e ao mesmo tempo instrutor de segurança informática, além de artista e escritor de quadrinhos, escritor e músico.

Foi esse homem com um espectro de talentos digno da Renascença que se comprometeu a criar uma espécie de interface de neuromaquina com base no neurônio Jennifer Aniston e outros semelhantes. Desta vez, 12 pacientes do Centro Médico com o nome de V. I. Ronald Reagan da Universidade da Califórnia. No decorrer dos estudos pré-operatórios, 64 eletrodos separados foram inseridos na região do lobo temporal mediano. Paralelamente, começaram os experimentos.

O desenvolvimento das ciências da atividade nervosa superior promete perspectivas incríveis: as pessoas serão capazes de compreender melhor a si mesmas e lidar com doenças agora incuráveis. O lado moral e legal dos experimentos em um cérebro humano vivo continua sendo um problema.

As pessoas viram pela primeira vez 110 imagens de temas da cultura pop. Como resultado dessa primeira rodada, quatro imagens foram selecionadas, à vista das quais a excitação dos neurônios em diferentes partes da área estudada do córtex foi claramente registrada em toda a dezena de indivíduos. Em seguida, duas imagens foram exibidas simultaneamente na tela, sobrepostas uma na outra, e cada uma tinha 50% de transparência, ou seja, as imagens estavam brilhando uma na outra.

O sujeito foi solicitado a aumentar mentalmente o brilho de uma das duas imagens, de modo que obscurecesse seu "rival". Nesse caso, o neurônio responsável pela imagem na qual a atenção do paciente estava focada produziu um sinal elétrico mais forte do que o neurônio associado à segunda imagem. Os pulsos foram fixados por eletrodos, entraram no decodificador e se transformaram em um sinal que controla o brilho (ou transparência) da imagem.

Assim, o trabalho do pensamento bastava para que uma imagem começasse a “martelar” a outra. Quando se pediu aos sujeitos que não se intensificassem, mas, ao contrário, que tornassem uma das duas imagens mais pálida, a ligação cérebro-computador funcionou novamente.

Cabeça leve

Valeu a pena a necessidade de realizar experimentos com pessoas vivas neste jogo emocionante, especialmente aquelas com sérios problemas de saúde? Segundo os autores do projeto, valeu a pena, pois os pesquisadores não só atenderam a seus interesses científicos de natureza fundamental, mas também buscaram abordagens para a solução de problemas bastante aplicados.

Se há neurônios (ou feixes de neurônios) no cérebro que ficam excitados com a visão de Jennifer Aniston, então deve haver células cerebrais responsáveis por conceitos e imagens que são mais essenciais para a vida. Nos casos em que o paciente não consegue falar ou sinalizar seus problemas e necessidades com gestos, a conexão direta com o cérebro ajudará os médicos a aprender sobre as necessidades do paciente com os neurônios. Além disso, quanto mais associações forem estabelecidas, mais a pessoa será capaz de se comunicar sobre si mesma.

No entanto, um eletrodo embutido no cérebro, mesmo que tenha 50 mícrons de diâmetro, é uma ferramenta muito rudimentar para atingir com precisão um neurônio específico. Um método mais sutil de interação é a optogenética, que envolve a transformação das células nervosas no nível genético.

Ed Boyden e Karl Thessot, que começou seu trabalho na Universidade de Stanford, são considerados um dos pioneiros nessa direção. A ideia deles era atuar nos neurônios usando fontes de luz em miniatura. Para isso, as células, é claro, devem se tornar sensíveis à luz.

Como as manipulações físicas do transplante de proteínas sensíveis à luz - opsinas - em células individuais são quase impossíveis, os pesquisadores sugeriram … infectar neurônios com um vírus. É esse vírus que vai introduzir no genoma das células um gene que sintetiza uma proteína fotossensível.

Essa tecnologia tem vários usos potenciais. Uma delas é a restauração parcial da visão em um olho com retina danificada, conferindo propriedades sensíveis à luz às células não sensíveis à luz restantes (há experiências bem-sucedidas em animais). Recebendo sinais elétricos causados pela luz incidente, o cérebro logo aprenderá a trabalhar com eles e a interpretá-los como uma imagem, embora de qualidade inferior.

Outra aplicação é trabalhar com neurônios diretamente no cérebro usando guias de luz em miniatura. Ao ativar diferentes neurônios no cérebro de animais com a ajuda de um feixe de luz, é possível rastrear quais respostas comportamentais esses neurônios causam. Além disso, a intervenção "leve" no cérebro pode ter valor terapêutico no futuro.