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Ano após ano, o ritmo das descobertas da neurociência é emocionante e implacável. Desde minicérebros desenvolvidos em laboratório até inteligência artificial que descobre os segredos evolutivos do cérebro humano, aproveite estas 7 descobertas mais surpreendentes de 2021.
Uma equipe de pesquisa da Universidade da Califórnia em São Francisco desenvolveu com sucesso um método que usa estimulação cerebral profunda (DBS) para tratar de forma adaptativa os sintomas depressivos apenas quando eles aparecem. A estimulação cerebral profunda envolve a implantação de eletrodos no cérebro para fornecer correntes elétricas para alterar a atividade cerebral.
Estudos anteriores tiveram sucesso limitado no tratamento da depressão com DBS porque os dispositivos só podiam fornecer estimulação elétrica constante em uma área do cérebro. No entanto, a depressão pode afetar várias áreas do cérebro, e as assinaturas neurais da depressão podem aumentar e diminuir de forma imprevisível.
Com o objetivo de criar essencialmente um marcapasso para o cérebro, os cientistas decodificaram um novo biomarcador neural. Este padrão específico de atividade cerebral prevê efetivamente o início dos sintomas. Com esse conhecimento, a equipe personalizou uma nova tecnologia DBS que só é ativada quando e onde reconhece esse padrão.
O tipo de terapia automática sob demanda é impressionante porque suas respostas funcionais são exclusivas do cérebro do paciente e do circuito neural que causa a doença. Em seu primeiro teste, este método DBS personalizado foi testado com um paciente que sofria de depressão grave e foi aprovado com louvor. Quase imediatamente, os sintomas do paciente foram aliviados e isso continuou a acontecer a longo prazo.
Na era da COVID, onde a ansiedade e os problemas de saúde mental estão a aumentar, esta abordagem pode revelar-se uma terapia sem medicamentos inestimável para centenas de milhões de pessoas.
Semelhante às ondas de luz, os humanos só conseguem perceber um espectro relativamente pequeno das ondas sonoras que viajam ao nosso redor. Normalmente só conseguimos captar frequências entre 20 Hz e 20.000 Hz, além disso é considerado ultrassônico. Esta é a faixa de frequência em que animais como os morcegos operam e também é usada em exames médicos de ultrassom.
Um novo método que utiliza tecnologia sofisticada foi pioneiro por cientistas da Universidade de Aalto e levou a um dispositivo que basicamente proporciona aos humanos uma audição semelhante à dos morcegos . Isto inclui não apenas a capacidade de ouvir frequências muito além de 20.000 Hz, mas também de discernir a direção e a distância das fontes sonoras. Para os biólogos, por exemplo, permite que as pessoas rastreiem morcegos furtivos em voo e localizem suas posições.
Ele funciona gravando ultrassom por meio de um conjunto de microfones esféricos, que detecta sons ultrassônicos e usa um computador para traduzir o tom em frequências audíveis. Em seguida, ele reproduz as ondas sonoras convertidas através de fones de ouvido em tempo real. Ser capaz de perceber sons normalmente inaudíveis pode ter aplicações industriais valiosas, por exemplo, ser capaz de ouvir e localizar vazamentos de gás que de outra forma seriam silenciosos.
Embora a neurociência seja um domínio da ciência relativamente jovem e em rápido crescimento, a inteligência artificial (IA) é muito mais nova e cresce mais rapidamente. O potencial de combinar estes dois campos da ciência foi revelado por investigadores do MIT .
Usando o aprendizado de máquina, eles descobriram que as redes neurais artificiais podem autoaprender a cheirar em apenas alguns minutos, imitando na verdade os circuitos olfativos nos cérebros dos mamíferos. Isto é profundo porque o algoritmo colocado em funcionamento não tinha conhecimento dos milhões de anos de evolução necessários para desenvolver biologicamente o olfato.
No entanto, surpreendentemente, a rede neural artificial replicou a atividade biológica do olfato tão de perto que revelou que a rede olfativa do cérebro está matematicamente otimizada para a sua função.
Esta imitação precisa da estrutura natural dos circuitos cerebrais através da aprendizagem automática independente pode anunciar uma nova era, em que a IA nos ensina os segredos internos da evolução biológica. O olfato é o ponto de partida em 2021, mas quem sabe aonde isso pode levar…
Pesquisadores da UC San Francisco desenvolveram um novo tipo de neuroprótese de fala para pacientes com paralisia que os impede de falar. O método foi demonstrado com sucesso em um homem com tronco cerebral gravemente danificado, causando paralisia de todo o corpo.
Notavelmente, ele funciona detectando sinais cerebrais relacionados à fala que controlam as cordas vocais. Quando falamos, as cordas vocais requerem instruções complexas de função motora para articular a grande variedade de sons que usamos durante uma conversa. Mesmo quando incapaz de se mover, esses sinais ainda podem ser enviados pelo cérebro.
Usando gravações cerebrais de pacientes com epilepsia, os cientistas desenvolveram um método para decodificar em tempo real instruções para os músculos vocais, em palavras. A partir desses padrões neurais, eles foram capazes de discernir com segurança 50 palavras comuns diferentes sempre que o paciente as pensava.
Tudo o que foi necessário foi que o paciente usasse um conjunto de eletrodos de alta densidade para capturar e registrar a atividade neural, que registrava sinais do córtex motor da fala. Isso permitiu que até 18 palavras por minuto fossem traduzidas com 93% de precisão. A vantagem para o paciente era que ele simplesmente tinha que agir como se estivesse realmente falando e pudesse comunicar centenas de frases diferentes do vocabulário de 50 palavras.
Embora esta descoberta pareça limitada a pacientes paralisados, sofremos paralisia todas as noites quando sonhamos (a menos que sonhemos e caminhemos). Se evoluísse suficientemente, esta abordagem poderia, por exemplo, abrir caminho para traduzir os nossos próprios pensamentos enquanto dormimos!
Tecnicamente denominados 'organóides cerebrais', os minicérebros podem ser cultivados a partir de células-tronco pluripotentes induzidas . Essas células-tronco podem ser retiradas da pele ou do sangue de uma pessoa e têm o potencial de se transformar em qualquer tipo de célula. A vantagem é que estruturas celulares normalmente de difícil acesso podem, em princípio, ser cultivadas e isoladas para estudo. Isto é especialmente relevante para o cérebro, no entanto, os minicérebros anteriores tinham estruturas funcionais limitadas.
A descoberta deste ano pelos cientistas da UCLA catapultou a complexidade estrutural ao crescer agregados de organoides para formar estruturas cerebrais tridimensionais complexas. Os pesquisadores retiraram células-tronco de pacientes com síndrome de Rett (uma condição que causa convulsões) e conseguiram desenvolver minicérebros com atividade funcional semelhante a partes do cérebro humano. Isso significa que eles foram capazes de observar com segurança e sucesso padrões de atividade elétrica que se assemelham ao início de convulsões.
Esta pesquisa mostra pela primeira vez que alguns aspectos da função cerebral podem ser isolados e estudados em laboratório até o nível de células vivas individuais. A principal vantagem é que estes minicérebros podem ser cultivados para replicar aspectos das funções cerebrais normais e doentes, bem como para testar medicamentos e tratamentos sem riscos para humanos ou animais.
A escala do cérebro humano é enorme, pelo que ainda existem limitações claras em termos da complexidade das estruturas cerebrais que podem ser estudadas, mas é evidente que este domínio emergente da neurociência tem um potencial semelhante ao da ficção científica.
Com o crescimento exponencial do poder de computação nas últimas décadas, os microchips têm ficado cada vez menores a cada ano. Neurocientistas da Universidade Brown, focados em tecnologia , desenvolveram agora um computador sem fio tão pequeno que pode facilmente passar despercebido ao olho humano. Apelidados de “neurogrãos” – porque têm o tamanho aproximado de um grão de sal – foram desenvolvidos para rastrear e monitorar a atividade cerebral.
Esses computadores ultraminúsculos são capazes de registrar a atividade elétrica de neurônios próximos e transmitir seus dados sem fio. O objetivo era desenvolver um novo tipo de sistema de interface cérebro-computador (BCI), onde uma rede de minissensores pudesse rastrear coletivamente aspectos significativos da atividade cerebral e enviar as informações para um centro próximo.
Numa experiência de prova de conceito, os investigadores implantaram uma rede para registar com sucesso a actividade neural de um roedor com uma precisão muito maior do que alguma vez alcançada. Esta gravação de sinais cerebrais com detalhes sem precedentes ainda está em seus estágios iniciais, mas o avanço tecnológico é muito promissor por ser capaz de converter ondas cerebrais em ações úteis do mundo real sem qualquer esforço físico.
Este ano, um novo tipo de conjunto de microeletrodos foi usado para criar uma forma de visão artificial por meio de uma prótese visual. Cientistas da Universidade de Utah, no John A. Moran Eye Center, construíram o dispositivo para registrar e estimular a atividade neuronal dentro do córtex visual.
Implantado no olho, o array recebe informações visuais por meio de óculos contendo uma pequena câmera de vídeo, sendo os dados processados por software especializado. O dispositivo ativa então os neurônios da retina para produzir fosfenos, como se estivessem recebendo pontos de luz. Por sua vez, permitindo que imagens básicas de linhas e formas sejam percebidas pela mente.
Testado com um paciente completamente cego, este método mostrou-se eficaz e não envolveu complicações da cirurgia ou da estimulação neuronal. Neste primeiro teste, apenas um único array foi utilizado. No entanto, o próximo objetivo é usar de 7 a 10 matrizes para fornecer imagens mais detalhadas que permitirão que pessoas cegas naveguem visualmente pelo mundo.
Uma nova classe de “moléculas dançantes” foi aplicada por pesquisadores da Northwestern University para reparar tecidos em lesões graves da medula espinhal e reverter com sucesso a paralisia . A parte da dança envolve a manipulação do movimento dessas moléculas para que elas possam abrir caminho até receptores celulares normalmente impossíveis de alcançar, a fim de incentivá-las a entrar em ação para reparar os tecidos nervosos.
Essas moléculas aparentemente mágicas funcionam desencadeando sinais em cascata, estimulando a regeneração dos axônios e ajudando os neurônios a sobreviver após uma lesão, incentivando o nascimento de uma variedade de novos tipos de células. Isto, por sua vez, apoia o crescimento dos vasos sanguíneos perdidos, necessários para a cura celular.
Testado em ratos, apenas uma única injeção da terapia molecular fez com que os ratos paralisados pudessem voltar a andar em menos de quatro semanas. De forma bastante conveniente, 12 semanas depois (bem após a recuperação estar completa), os materiais biodegradam-se em nutrientes para as células sem quaisquer efeitos secundários, desaparecendo efetivamente do corpo naturalmente.
A Realidade Virtual (RV) tem sido usada por psicofísicos há décadas para investigar como percebemos as informações sensoriais. Este ano, pesquisadores da Universidade de Basileia, a universidade mais antiga da Suíça, desenvolveram um aplicativo de realidade virtual para tratar de fato fobias de altura .
Chamado Easyheights , o software compatível com smartphone oferece terapia de exposição usando imagens de 360° de locais reais. Usando um headset VR, os usuários ficam em uma plataforma que começa um metro acima do solo e depois sobe progressivamente à medida que os usuários se aclimatam a cada estágio de altura. Funciona aumentando a exposição sensorial à altura sem aumentar o nível de medo.
Um ensaio clínico demonstrou a eficácia desta forma imersiva de tratamento, produzindo reduções significativas na fobia em situações reais de altura. Os benefícios foram experimentados com apenas quatro horas de treinamento em casa. Esta descoberta mostra como a combinação do conhecimento da neurociência com as tecnologias atuais pode melhorar clinicamente a qualidade de vida das pessoas de maneiras facilmente acessíveis.
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Aqui estão algumas descobertas fascinantes da neurociência sobre o cérebro humano que você talvez não conheça.
Uma diversidade de abordagens de pesquisa do NeuroTracker levou a alguns insights fascinantes sobre como o cérebro influencia o desempenho e o bem-estar humano
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