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Embora a pesquisa em neurociências tenha florescido ao longo da última década, 2022 provou ser um ano excepcional, com alguns dos maiores avanços em neurociências em anos. Aqui estão 7 descobertas que mostram o potencial da neurociência para transformar nossas vidas e até mesmo nossas definições da própria vida.
Essas assinaturas de EEG no estilo dos batimentos cardíacos são a primeira evidência indireta de que o cérebro humano usa computação quântica. Os potenciais evocados de EEG foram detectados por meio de uma técnica específica de ressonância magnética projetada para procurar giros emaranhados em cérebros humanos.
Atualmente, eles só são explicáveis como giros de prótons nucleares no cérebro que estão emaranhados quânticamente. O físico-chefe da descoberta resumiu,
"𝙒𝙚 𝙖𝙙𝙖𝙥𝙩𝙚𝙙 𝙖𝙣, 𝙙𝙚𝙫𝙚𝙡𝙤𝙥𝙚𝙙 𝙛𝙤𝙧 𝙚𝙭𝙥𝙚𝙧𝙞𝙢𝙚𝙣𝙩𝙨 𝙩𝙤 𝙩𝙝𝙚 𝙚𝙭𝙞𝙨𝙩𝙚𝙣𝙘𝙚 𝙤𝙛 𝙦𝙪𝙖𝙣𝙩𝙪𝙢 𝙜𝙧𝙖𝙫𝙞𝙩𝙮, 𝙬𝙝𝙚𝙧𝙚𝙗𝙮 𝙮𝙤𝙪 𝙩𝙖𝙠𝙚 𝙠𝙣𝙤𝙬𝙣 𝙦𝙪𝙖𝙣𝙩𝙪𝙢, 𝙬𝙝𝙞𝙘𝙝 𝙬𝙝𝙞𝙘𝙝 𝙬𝙞𝙩𝙝 𝙖𝙣 𝙪𝙣𝙠𝙣𝙤𝙬𝙣 𝙨𝙮𝙨𝙩𝙚𝙢.
Neste caso, o sistema conhecido era a água cerebral (fluido cerebral), e o sistema desconhecido era o cérebro.
Além disso, os níveis de emaranhamento correlacionaram-se com o desempenho da memória de curto prazo e a consciência, pelo que é provável que constituam uma parte importante das nossas funções cognitivas de ordem superior.
Os processos quânticos foram bem estabelecidos na biologia não humana. Por exemplo, sem o tunelamento quântico, a fotossíntese e, consequentemente, a maior parte da vida na Terra, poderiam não ter existido.
Este estudo também não é a primeira evidência da biologia quântica humana.
Criptocromos encontrados em observação de pássaros que aproveitam o emaranhamento quântico de estado triplo foram estabelecidos como um mecanismo que lhes permite ler o campo magnético da Terra como um mapa. Os olhos humanos também possuem criptocromos, mas em algum momento da nossa evolução eles foram desativados.
As descobertas deste estudo podem marcar o início de uma mudança de paradigma na neurociência, bem como revelar formas importantes de evoluir a computação quântica baseada em máquinas e a inteligência artificial geral.
Estudo: Indicações experimentais de funções cerebrais não clássicas , Christian Matthias Kerskens e David López Pérez.
Pela primeira vez na história, os animais podem estar a adquirir alguns aspectos da inteligência humana através de transplantes cerebrais integrativos.
Organoides (ou assemblóides ) são aglomerados funcionais de neurônios cultivados in vitro, geralmente a partir de células-tronco da pele. Essas formações cerebrais vivas relativamente complexas, que podem ser animais ou humanas, são usadas para estudar a mecânica neural em laboratório, fora de um cérebro real.
No entanto, o seu valor de investigação é bastante limitado pelo tamanho e complexidade que podem atingir. Para superar esse problema, uma nova abordagem publicada na Nature transplantou organoides do córtex humano em cérebros de ratos vivos (na imagem acima).
6 meses após a integração, os neurônios humanos atingiram uma nova ordem de maturação, crescendo 6 vezes mais do que era possível in vitro. Sua atividade emulou melhor alguns dos comportamentos mais sofisticados encontrados quando observados em cérebros humanos.
Em um experimento de acompanhamento, os pesquisadores ativaram especificamente os neurônios humanos geneticamente alterados usando a optogenética e foram capazes de influenciar a frequência com que os ratos buscavam uma recompensa.
Embora fascinante, este novo domínio da investigação biológica, e mesmo da própria biologia, pode estar repleto de complicações éticas, incluindo até mesmo a forma de classificar um organismo tão híbrido.
Estudo: Maturação e integração de circuitos de organoides corticais humanos transplantados , Omer Revah et al.Stu
Este vídeo é mais do que aparenta – é na verdade a primeira hibridização bem-sucedida de neurônios biológicos e chips de silício aprendendo a jogar um jogo simulado.
Como acabamos de ver, os organoides são atualmente um dos domínios da ciência em mais rápida evolução. Esta pesquisa segue uma direção diferente, mas igualmente surpreendente, ao sintetizar uma mistura de organoides humanos/roedores com chips de computador.
Chamada de “inteligência biológica sintética” (SBI), o objetivo é fundir sinergicamente essas formas de inteligência antes divergentes.
Em particular, os pesquisadores procuraram trazer o poder da complexidade de terceira ordem encontrada nos organoides, o que nunca foi possível na computação tradicional. E, além disso, para alcançar a definição formal de senciência em culturas neurais, demonstrando efetivamente a aprendizagem por feedback sensorial.
Neste estudo, os organoides in vitro foram integrados à computação 'in silico' por meio de um arranjo multieletrodo de alta densidade. Usando feedback estruturado em circuito fechado por meio de estimulação eletrofisiológica, o experimento denominado 'BrainDish' foi incorporado a uma simulação do icônico jogo de computador Pong.
A capacidade dos neurônios em montagens de responder adaptativamente a estímulos externos é a base de todo aprendizado animal. Embora este experimento inicial seja uma simulação muito básica, ele demonstrou comportamento inteligente e senciente em um mundo de jogo simulado por meio de comportamento direcionado a objetivos.
Esta abordagem proporciona um novo e promissor caminho de investigação para apoiar ou desafiar teorias que explicam como o cérebro interage com o mundo e para estudar a inteligência em geral.
Estudo: Neurônios in vitro aprendem e exibem senciência quando incorporados em um mundo de jogo simulado , Brett J. Kagan et al.
Os investigadores fizeram uma descoberta potencialmente inovadora para a saúde humana em 2022. Os músculos são a maior massa magra do nosso corpo, mas em termos de metabolismo oxidativo de todo o corpo, queimam apenas 15% da glicose em repouso. Isto está associado aos riscos para a saúde de ficar muito tempo sentado .
O sóleo é um músculo menor da panturrilha que pesa apenas um quilo, porém possui um mecanismo especial embutido, desconhecido até agora. Um novo estudo da Universidade de Houston mostrou que quando este músculo específico é ativado com precisão, o metabolismo da glicose em todo o corpo aumenta drasticamente para entre 30-45%. Isso ocorre com um gasto energético insignificante para realmente contrair o sóleo.
O exercício é uma elevação simples e repetitiva do calcanhar, mantendo a planta do pé no chão, o que pode ser feito sentado no chão ou em uma cadeira. Foi apelidado de ' flexão do sóleo ', que desencadeia o uso de uma mistura de combustível até então desconhecida.
Curiosamente, esse tipo de contração do sóleo é desativado durante a caminhada ou corrida. Assim, o gasto energético muscular dos membros inferiores também foi testado em esteira.
Notavelmente, a flexão do sóleo queimou mais que o dobro de oxigênio do que a corrida e dez vezes mais do que a caminhada. Os efeitos foram observados em adultos com idades entre 22 e 82 anos.
A conclusão é que a regulação metabólica sistêmica pode ser bastante melhorada pela ativação de um músculo menor da panturrilha. Os resultados desta investigação revelam uma forma amplamente acessível e prática de combater os riscos significativos para a saúde decorrentes da sessão prolongada, inclusive para pessoas que se exercitam regularmente.
Estudo: Um método fisiológico potente para ampliar e sustentar o metabolismo oxidativo do sóleo melhora a regulação da glicose e dos lipídios , Marc T. Hamiliton, et al.
Uma nova descoberta acidental publicada na Nature revelou uma nova característica importante da neuroplasticidade em cérebros de mamíferos adultos.
Uma equipe de neurocientistas do MTI estava estudando cérebros de camundongos para mostrar como os dendritos dos neurônios processam entradas sinápticas de diferentes maneiras, dependendo de sua localização. Como isso requer técnicas de altíssima resolução, eles descobriram incidentalmente uma abundância de sinapses microscópicas silenciosas , conhecidas como filopódios , nas pontas dos dendritos.
O pesquisador principal comentou,
“𝙏𝙝𝙚 𝙛𝙞𝙧𝙨𝙩 𝙩𝙝𝙞𝙣𝙜 𝙬𝙚 𝙨𝙖𝙬, 𝙬𝙝𝙞𝙘𝙝 𝙬𝙖𝙨 𝙨𝙪 𝙥𝙚𝙧 𝙗𝙞𝙯𝙖𝙧𝙧𝙚 𝙖𝙣𝙙 𝙬𝙚 𝙙𝙞𝙙𝙣'𝙩 𝙚𝙭𝙥𝙚𝙘𝙩, 𝙩𝙝𝙖𝙩 𝙩𝙝𝙚𝙧𝙚 𝙬𝙚𝙧𝙚 𝙛𝙞𝙡𝙤𝙥𝙤𝙙𝙞𝙖 𝙧𝙚.”
Sinapses são os mecanismos neurais que permitem ao cérebro se conectar de maneira flexível em configurações quase infinitas. No entanto, as sinapses já funcionalmente conectadas requerem um alto limiar de estimulação para desacoplar e religar.
As sinapses silenciosas têm um limiar muito baixo e estão essencialmente prontas para se conectarem com outros neurônios. Embora se acreditasse anteriormente que os filopódios só existiam em cérebros muito jovens. Isto deixou muitas questões sobre os mecanismos de como os cérebros adultos ainda são capazes de atingir altos níveis de neuroplasticidade.
Os filopódios adultos também foram considerados muito sensíveis à plasticidade hebbiana , onde um neurônio pode influenciar diretamente a plasticidade sináptica de outro.
A descoberta oferece uma nova compreensão sobre como a conectividade funcional pode ser impulsionada por este novo mecanismo, permitindo um controle flexível da fiação sináptica que expande as capacidades de aprendizagem do cérebro maduro.
Também oferece explicação de como novas memórias podem ser formadas.
“𝙏𝙝𝙚𝙨𝙚 𝙨𝙞𝙡𝙚𝙣𝙩 𝙨𝙮𝙣𝙖𝙥𝙨𝙚𝙨 𝙖𝙧𝙚 𝙡𝙤𝙤𝙠𝙞𝙣𝙜 𝙛𝙤𝙧 𝙣𝙚𝙬 𝙘𝙤𝙣𝙣𝙚𝙘𝙩𝙞𝙤𝙣𝙨, 𝙖𝙣𝙙 𝙬𝙝𝙚𝙣 𝙞𝙢𝙥𝙤𝙧𝙩𝙖𝙣𝙩 𝙣𝙚𝙬 𝙞𝙣𝙛𝙤𝙧𝙢𝙖𝙩𝙞𝙤𝙣 𝙞𝙨 𝙥𝙧𝙚𝙨𝙚𝙣𝙩𝙚𝙙, 𝙘𝙤𝙣𝙣𝙚𝙘𝙩𝙞𝙤𝙣𝙨 𝙗𝙚𝙩𝙬𝙚𝙚𝙣 𝙩𝙝𝙚 𝙧𝙚𝙡𝙚𝙫𝙖𝙣𝙩 𝙣𝙚𝙪𝙧𝙤𝙣𝙨 𝙖𝙧𝙚 𝙨𝙩𝙧𝙚𝙣𝙜𝙩𝙝𝙚𝙣𝙚𝙙. 𝙏𝙝𝙞𝙨 𝙡𝙚𝙩𝙨 𝙩𝙝𝙚 𝙗𝙧𝙖𝙞𝙣 𝙘𝙧𝙚𝙖𝙩𝙚 𝙣𝙚𝙬 𝙢𝙚𝙢𝙤 𝙧𝙞𝙚𝙨 𝙬𝙞𝙩𝙝𝙤𝙪𝙩 𝙤𝙫𝙚𝙧𝙬𝙧𝙞𝙩𝙞𝙣𝙜 𝙩𝙝𝙚 𝙞𝙢𝙥𝙤𝙧 𝙩𝙖𝙣𝙩 𝙢𝙚𝙢𝙤𝙧𝙞𝙚𝙨 𝙨𝙩𝙤𝙧𝙚𝙙 𝙞𝙣 𝙢𝙖𝙩𝙪𝙧𝙚 𝙨𝙮𝙣 𝙖𝙥𝙨𝙚𝙨, 𝙬𝙝𝙞𝙘𝙝 𝙖𝙧𝙚 𝙝𝙖𝙧𝙙𝙚𝙧 𝙩𝙤 𝙘𝙝𝙖𝙣𝙜𝙚.”
Uma conclusão importante desta investigação é que os nossos cérebros estão neuroanotomicamente preparados de uma forma que lhes permite permanecer altamente adaptativos ao longo da vida adulta, potencialmente prontos para sofrer mudanças transformadoras.
Estudo: Os filopódios são um substrato estrutural para sinapses silenciosas no neocórtex adulto , Dimitra Vardalaki, Kwanghun Chung e Mark T. Harnett
A estimulação transcraniana por corrente contínua (ETCC) envolve a aplicação de estimulação elétrica fraca ao couro cabeludo para aumentar potencialmente a atividade cerebral, também conhecida menos cientificamente como 'zapping cerebral'. Já existe há algum tempo, por exemplo, a DARPA pesquisou há cerca de uma década. A maior parte da investigação centrou-se em populações saudáveis ou de alto desempenho, mas surgiram poucas evidências convincentes.
Um estudo publicado recentemente sugere que os benefícios deste método podem, na verdade, ser específicos para idosos com problemas de memória.
Os investigadores avaliaram os efeitos do treino de memória como uma avaliação global composta da capacidade da memória de trabalho, comparando adultos mais velhos com adultos idosos com problemas de memória.
Eles descobriram que, enquanto todos os indivíduos melhoraram seu desempenho durante o treinamento, a ETCC com treinamento de memória operacional beneficiou seletivamente indivíduos idosos (OO) com menor capacidade de memória operacional.
Curiosamente, eles também descobriram que o desempenho com a estimulação ETCC foi pior em adultos mais jovens, que na verdade apresentaram pontuações de memória de trabalho significativamente mais altas com a estimulação simulada.
Mais pesquisas são necessárias, mas esta pode ser uma evidência rara de que os benefícios da neuroestimulação ou da neuromodulação podem ser altamente específicos do ponto de vista neurológico.
Além disso, uma técnica de estimulação elétrica semelhante chamada estimulação transcraniana por corrente alternada (tACS), usando correntes elétricas CA de baixo nível para desencadear atividade cerebral aumentada, mostrou pela primeira vez que pode desencadear mudanças significativas na cognição.
Em um estudo publicado na Nature, 150 pessoas com idades entre 65 e 88 anos realizaram uma tarefa de recuperação de memória de lista de palavras com duração de 20 minutos enquanto tinham seus cérebros eletrocutados. Isto foi repetido durante 4 dias.
Em contraste com a estimulação simulada, os resultados mostraram que o desempenho da memória melhorou ao longo dos quatro dias e que estes ganhos persistiram mesmo um mês depois.
Talvez de forma mais convincente, quando as regiões do córtex pré-frontal associadas à memória de longo prazo foram alvo de estimulação, o desempenho melhorou na recordação de palavras no início da lista. Quando as regiões do lobo parietal envolvidas com a memória de trabalho foram direcionadas, a recordação foi aumentada para palavras próximas ao final da lista.
Os resultados são muito mais convincentes do que outros estudos neste domínio. Isso pode ocorrer porque o zapping foi feito durante vários dias em vez de uma única sessão. De qualquer forma, agora parece que o TACS pode desempenhar um papel positivo na melhoria das funções cerebrais.
Estudo 1: Idosos com menor capacidade de memória operacional se beneficiam da estimulação transcraniana por corrente contínua quando combinada com treinamento de memória operacional , Sara Assecondi et al.
Estudo 2: Melhoria dissociável e duradoura na memória de trabalho e memória de longo prazo em adultos mais velhos com neuromodulação repetitiva , Shey Grover, et al.
Embora tenha havido muito debate científico sobre a eficácia das aplicações de treinamento cerebral, novas pesquisas demonstraram fortemente que uma intervenção de treinamento cognitivo de 4 semanas pode melhorar significativamente a mentalidade construtiva em crianças de 7 a 10 anos de idade.
A mentalidade construtiva é baseada na crença de que a inteligência de uma pessoa pode mudar com o esforço associado a: -
- aumento do desejo de aprender
- visões positivas de esforço
- disposição para enfrentar desafios
Além de usar avaliações pré e pós da mentalidade construtiva, foram realizadas varreduras detalhadas de fMRI antes e depois do treinamento. Juntamente com a transferência direta nas avaliações, as varreduras revelaram alterações neurológicas positivas em múltiplas regiões do cérebro cruciais para o controle cognitivo, motivação e memória.
A plasticidade dos circuitos corticoestriatais emergiu como um forte preditor de quais crianças experimentaram mais benefícios com o treinamento.
As medidas de mentalidade construtiva antes do treinamento também foram associadas a maiores habilidades matemáticas pós-treinamento, sugerindo que níveis mais elevados de mentalidade construtiva levaram a um melhor desempenho matemático com o treinamento. No entanto, curiosamente, as crianças com menos competências matemáticas antes da formação apresentam maiores ganhos na mentalidade construtiva em resposta à formação.
Como as influências positivas na mentalidade construtiva numa idade jovem podem influenciar fortemente a trajetória de desenvolvimento de uma criança, os resultados mostram que as intervenções de formação cognitiva têm o potencial de melhorar os resultados globais da vida.
Estudo: O treinamento cognitivo melhora a mentalidade construtiva em crianças por meio da plasticidade dos circuitos corticoestriatais , Lang Chen, et al.
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