Uma nova tecnologia ligada a uma importante descoberta, pode abrir amplas janelas para entender o funcionamento do cérebro. No fim do ano passado foi anunciada a descoberta de circuitos de neurônios especiais que podem trafegar dados em velocidades até 3 mil vezes maiores que a rapidez normal entre certas áreas do cérebro. O mais surpreendente é que esses circuitos estão em áreas que até recentemente se consideravam inúteis no cérebro. Tradicionalmente os cientistas concentraram seus estudos no mapeamento e funcionamento dos neurônios, as principais células nervosas, tentando monitorar como elas disparam potenciais elétricos que conduzem mensagens ao longo do seu corpo e liberam neurotransmissores químicos nos pontos de contatos com outros neurônios.
Os neurônios estão principalmente no que se chama ‘massa cinzenta’ que ocupa a metade do volume do cérebro. A outra metade, chamada de ‘massa branca’ é constituída de longos filamentos com poucos neurônios.
Pouquíssimo se sabia da função dessa massa branca, que se parece uma cabeleira de filamentos isolados por uma substância gordurosa isolante chamada mielina. Sabia-se que danos nesse encapamento de mielina, quando rompido por doenças, pode ser uma das causas do mal de Alzheimer, assim como fios elétricos desencapados podem causar curtos-circuitos danosos.
O que se descobriu recentemente é que as longas fibras brancas desempenham um papel importante na transmissão de informações dentro do cérebro. Essas fibras, aparentemente, funcionam como se fossem conexões de banda larga popularizadas na Internet. George Bartzokis, professor de psiquiatria da Universidade da Califórnia, explica as recentes descobertas na edição de dezembro da Technology Review: ‘Graças às camadas de isolamento que impedem a fuga de impulsos elétricos, as fibras com mielina podem mandar sinais aproximadamente 100 vezes mais rápidas que as não isoladas. A mielina também faz transmissão de mais informações por segundo, reduzindo o tempo de espera entre sinais. Com isso os neurônios blindados por mielinas podem processar 3 mil vezes mais informações. Isso é crucial para a fala e processamento da linguagem,’ diz Bartzokis.
Disso ele até levanta uma hipótese: ‘O que nos dá capacidade cognitiva não é realmente a quantidade de neurônios, que pode variar bastante de pessoa a pessoa, mas sim a qualidade das conexões’.
Estudos no cérebro de Albert Einstein, que foi retirado às escondidas por um médico forense e conservado, mostram que o órgão desse gênio tinha o tamanho padrão. Na verdade tinha até uma falta: uma dobra típica no lobo parietal inferior, que quase todo mundo tem. A especulação é de que essa falha constituía um atalho que permitiria a comunicação mais eficiente na região.
Não é aconselhável ninguém mutilar seu cérebro para se transformar num Einstein, é claro.
Até recentemente a melhor ferramenta de observação do cérebro em ação em pessoas vivas e normais, era a Ressonância magnética funcional, o mesmo aparelho que quase todo centro de diagnóstico de imagens tem. Mas as pesquisas estavam todas centradas na atividades da matéria cinzenta dos neurônios e não mostravam a furiosa atividade elétrica das fibras brancas. .
A grande descoberta é que moléculas de água se movimentam ao acaso dentro do cérebro, mas nas proximidades das fibras brancas elas formam correntes paralelas à mielina, como se tivessem sendo arrastadas pelo fluxo elétrico dentro da mielina. Com algumas modificações os aparelhos de ressonância podem agora sintonizar nos movimentos das moléculas de água. Com uma técnica chamada Imagem de Tensor de Difusão da água, os cientistas estão construindo imagens das superpistas de tráfego de dados dentro do cérebro, mesmo sem saber a natureza dessas informações. É o mesmo que fazer o mapa do fluxo rodoviário nas estradas de um país, mesmo sem saber o que os caminhões e carros transportam. Mas aí garimpam a valiosa informação das áreas com maior fluxo, que devem ser as mais importantes.
Riachos eletroquímicos
Com as imagens anteriores de neurônios, os cientistas já tinham isolado dez nódulos ou centros cerebrais mais importantes para as tarefas de atenção, memória de trabalho, reconhecimento facial , entre outras funções cognitivas importantes. Combinando as imagens de posição desses nódulos com as dos fluxos, os cientistas criaram algo parecido ao mapa dinâmico de um país com suas principais metrópoles, centros produtivos e industriais, com as rodovias que os unem.
O ponto de partida nessa corrida começa quase sempre na parte da trás do cérebro, onde os dados sensoriais são coletados, vindos dos olhos, pele, nariz e ouvido, processados, interpretados e despachados para os lobos frontais na frente da cabeça, região onde os sinais disparam ações de tomada de decisão ou planejamento.
As conexões entre esses nódulos são tão críticas quanto os nódulos propriamente, assim como de nada adianta grandes centros econômicos num país sem as estradas e outras ligações entre eles.
A sensibilidade desse novo aparelho permite mapear a difusão da água em correntes em até 500 direções diferentes, criando depois no computador um mapa tridimensional com o que se pode chamar o diagrama de conexões do órgão pensante.
Inicialmente os cientistas achavam que o melhor desempenho do cérebro estava ligado à velocidade dessas ‘bandas largas’, mas aos poucos descobriram que a velocidade não é tudo. É um dos fatores, mas não é tudo. Todo mundo conhece pessoas que são muito rápidas no raciocínio, mas que no fundo apenas fazem besteiras mais velozmente que s outras.
Outro fator importante descoberto foi a qualidade dessas conexões. As mais diretas entre os centros ou nódulos de cognição são mais eficientes. É algo parecido ao funcionamento da Internet: uma conexão muito rápida mas que circule por roteadores espalhados o redor do mundo é menos eficiente que um link direto. Mas, infelizmente, o cérebro tem a tendência a fazer tudo multiplicado paralelamente e de maneira redundante. Os neurônios formam conexões que lembram rios correndo numa planície, seguindo leitos de menor resistência. Por sorte, como todo organismo vivo evolutivo, esses caminhos, pela experiência e aprendizado, acabam formando feixes densos em direções predominantes. O reforço de conexões muito usadas acaba alterando sua forma, da mesma maneira que músculos muito exercitados ficam mais fortes e definidos.
Em vez dessas descobertas levarem à pessimista conclusão da existência de um diagrama cerebral inato, elas acabam reforçando a constatação de que o órgão pensante humano é bem flexível e plástico, capaz de mudar e melhorar com a experiência e exercícios. A substância branca que une os dois hemisférios cerebrais tem um volume 95% genético e herdado. Mas apenas 45% da substância branca nos lobos temporais, responsáveis pelas funções de aprendizado e memória, são herdados – 55% dessa estrutura pode ser melhorada com a persistência da experiência e exercícios.
Há muito tempo se sabe que os fatores ambientais pesam fundamentalmente no desenvolvimento do cérebro. Camundongos criados em ambientes ricos e estimulantes geram mais substância branca nas áreas de cognição. Mas essas descobertas ainda são muito recentes para se ter uma visão mais abrangente do papel da substância branca na inteligência.
Circuitos para mapear
Essas descobertas abrem a perspectiva de aprofundar o estudo do cérebro nas suas funções dinâmicas, em vez da tradição clássica de concentram na morfologia estática.
Quase 300 anos antes de Cristo o grego Teofrasto, aluno de Aristóteles, deixou os mais antigos registros de uma curiosidade humana meio mórbida. Que tem dentro de um morto? O amontoado de órgãos de formas esquisitas e fluidos não faziam o menor sentido para o racionalismo grego, é claro.
Somente depois do Renascimento é que a descrição não estática dos órgão revelou as primeiras pistas de como eles funcionavam. O inglês William Harvey, em 1628, foi o primeiro a observar a circulação do sangue e comparou o sistema a uma máquina hidráulica. Dai em diante a ciência médica deu uma tremenda arrancada. O coração bombeava o sangue, o fluido vital para todos os órgão e células, o pulmão era um fole para aspirar e expirar o ar, e assim por diante. Era como passar das pinturas estátics para a era cinematográfica.
Mas ao contemplar o cérebro médicos e cientistas contemporâneos estavam na mesma ignorância do grego Teofrasto. O órgão, uma geléria amarelada de aparência homogênea e sem nenhuma similaridade com qualquer artefato mecânico, não dava a menor pista de como funcionava. Em 1861, no entanto, o médico e cientista `Paul Broca fez uma descoberta notável. O primeiro paciente dele, apelidado de Tan, pois era o único som que conseguia emitir, que perdeu a capacidade de falar por causa da sífilis, tinha, como revelou a autópsia, uma lesão bem definida numa área no lado esquerdo do cérebro.
Outras autópsias de doentes afásicos confirmaram que a região, hoje conhecida como área de Broca, era o centro da fala. A estratégia do cientista de associar doenças mentais a áreas do cérebro, depois da autópsia, teve um grande avanço, tragicamente, com a Guerra da Criméia, a apartir de 1835. Foi um dos conflitos mais sangrentos da história e o primeiro onde a introdução dos fuzis causou dezenas de milhares de vítimas atingidas à distância que não morreram imediatamente. Muitos que sobreviveram com danos mentais, depois de mortos relevavam na autópsia as áreas do cérebro atingidas e permitiam correlacioná-las com as sequelas clínicas.
Mas a estratégia de correlacionar desvios de comportamento e de pensamento com áreas cerebrais foi para um beco sem saida, mesmo com o uso de modernos aparelhos de imagens do cérebro em funcionamento, como é a especialidade do cientista Antonio Damásio, famoso autor do clássico’Cérebro de Descartes’. Principalmente porque tratavam sempre de pessoas com disturbios mentais. E como funciona o cérebro das pessoas normais, que é o que interessa?
O que a ciência acumulada apontava para um funcionamento distribuido por todo o cérebro, com relativamente poucas realmente identificada com funções específicas. Imagens de ressonância nuclear do cérebro de uma pessoa executando tarefas simples se parecem mais com uma tempestade com raios numa noite muito escura. Um relâmpago ilumina uma região do céu propagando-se numa rota tortuosa, sucedida por outro à distância, mutáveis como nuvens carregadas ao sabor de ventos caóticos.
O neurocientista brasileiro Miguel Nicolelis, trabalhando na Duke University na Carolina do Norte, EUA, foi um dos que provou que não existia uma conexão direta exclusiva para os circuitos neuronais, Ele conseguiu mapear a atividade de bigodes de ratos na exploração sensorial com neurônios específicos no cérebro, mas surpreendentemente não bastava um sinal do neurônio principal do bigode para disparar a ação, mas sim uma combinação de vários neurônios das redondezas. É como você tentar acender a luz da sala acionando o interruptor, mas a ação só tem êxito se a luz da cozinha e do banheiro também forem acionados. É uma sabedoria da natureza. Circuitos redundantes e paralelos são muito eficientes em caso de danos, e podem desviar as tarefas para áreas saudáveis, além de somente autorizar uma ação de disparo consultando dezenas de fatores envolvidos.
Macaco biônico
Mapeando essa confusão, Nicolelis conseguiu um feito pioneiro: um macaco com um chip implantado no cérebro para ler seus neurônios motores e executar movimentos de um braço robótico à distância. Por tal feito ele é o mais forte candidato brasileiro candidato a um prêmio Nobel e a esperança de pessoas tetraplégicas recuperarem artificialmente os movimentos.
O feito foi notável, mas revelou ser muito mais complicado do que se imaginava ter uma espécie de diagrama de funcionamento do cérebro. Um técnico de televisão, consultando o manual ou esquema de fábrica do aparelho pode analisar um defeito e trocar uma peça defeituosa, mas haveria algo similar para o cérebro humano, com todas suas fiações redundantes e paralelas, espalhadas por todo órgão?
A empreitada claramente parece estar fora de alcance dos esforços humanos. O único organismo que teve todo seus circuitos neuroniais mapeados como se fosse um esquema de aparelho eletrônico foi o microscópico verme C.Elegans. Mesmo com apenas 302 neurônios, levou quase dez anos para ser decifrado numa complicada engenharia reversa.
Seres humanos têm mais de 100 bilhões de neurônios que fazem entre eles mais de 100 trilhões de conexões, as chamadas sinapses.
Para se ter idéia da complexidade, um dos dispositivos mais complicados produzidos pela tecnologia, o microprocessador Intel duocore mais avançado tem apenas 400 milhões de transistores, os equivalentes aos neurônios.
Em novembro passado, a IBM ligou pela primeira vez rodou uma simulação do cérebro de um gato em um supercomputador Blue Gene, com 147.456 CPUs e 144 terabytes de memória principal. Mas o Blue Gene é um supercomputador imenso que ocupa uma sala enorme e gasta tanta energia como uma pequena cidade. Não é um caminho muito promissor.
Para complicar o cérebro humano não sai de uma barriga da mãe com um circuito pronto, embora tenha alguma coisa padronizada no nível básico. ‘ O cérebro é essencialmente um computador que cria sua fiação durante o desenvolvimento e que pode refazer seus circuitos’, explica Sebastian Seung, um neurocientista computacional do MIT ( Instituto de Tecnologia de Massachusetts). ‘ Se tivermos o diagrama de fiação do cérebro isso poderia nos ajudar a saber como ele funciona’, diz ele esperançosamente à Technology Review, revista do MIT, de dezembro.
Mas como mapear a complicadíssima fiação do cérebro? As conexões chegam à casa da centena de trilhões e os neurônios medem perto de 4 microns, ou 0,004 milímetros. Eles emitem longos rabos, chamados axônios, que podem chegar a metros de comprimento e fazem nesse caminha entre 1000 a 10.000 conexões com outros axônios e neurônios. Uma técnica é enfiar numa região do cérebro eletrodos finíssimos, com até 100 pontas, capazes de monitorar o disparo de neurônios individuais . Para complicar, a corrente eletroquímica que circula dentro do neurônio e nas vizinhanças dele não é como a voltagem das linhas elétricas. Ela pode mandar diversos tipos de pulsos, que variam em freqüência para mensagens diferentes, e podem ficar sincronizadas com outros grupos de neurônios disparando nas mesmas freqüências em regiões distantes do cérebro.
A tarefa parece ser sobre-humana – como era antes a proposta de decifrar o genoma humano –, mas o importante é que agora foi aberta uma nova janela de pesquisas para uma nova era da neurociência e da compreensão do mais importante órgão humano.
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Jornalista