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Embora a pesquisa em neurociência tenha florescido na última década, 2022 provou ser um ano excepcional, com algumas das maiores descobertas em neurociência dos últimos anos. Aqui estão 7 descobertas que mostram o potencial da neurociência para transformar nossas vidas e até mesmo nossas definições de vida.
Esses sinais de EEG semelhantes a batimentos cardíacos são a primeira evidência indireta de que o cérebro humano utiliza computação quântica. Os potenciais evocados por EEG foram detectados por meio de uma técnica específica de ressonância magnética projetada para buscar spins emaranhados em cérebros humanos.
Atualmente, só podem ser explicadas como spins de prótons nucleares no cérebro que estão emaranhados quanticamente. O físico responsável pela descoberta resumiu:
"Nós nos identificamos com isso, desvinculados de eppremints para prouxe estencke 𝙤𝙛 𝙦𝙪𝙖𝙣𝙩𝙪𝙢 𝙜𝙧𝙖𝙫𝙞𝙩𝙮, 𝙬𝙝𝙚𝙧𝙚𝙗𝙮 𝙮𝙤𝙪 𝙩𝙖𝙠𝙚 𝙠𝙣𝙤𝙬𝙣 𝙦𝙪𝙖𝙣𝙩𝙪𝙢 𝙨𝙮𝙨𝙩𝙚𝙢𝙨, 𝙬𝙝𝙞𝙘𝙝 𝙞𝙣𝙩𝙚𝙧𝙖𝙘𝙩 𝙬𝙞𝙩𝙝 𝙖𝙣 𝙪𝙣𝙠𝙣𝙤𝙬𝙣 𝙨𝙮𝙨𝙩𝙚𝙢. 𝙄𝙛 𝙩𝙝𝙚 𝙠𝙣𝙤𝙬𝙣 𝙨𝙮𝙨𝙩𝙚𝙢𝙨 𝙚𝙣𝙩𝙖𝙣𝙜𝙡𝙚, 𝙩𝙝𝙚𝙣 𝙩𝙝𝙚 𝙪𝙣𝙠𝙣𝙤𝙬𝙣 𝙢𝙪𝙨𝙩 𝙗𝙚 𝙖 𝙦𝙪𝙖𝙣𝙩𝙪𝙢 𝙨𝙮𝙨𝙩𝙚𝙢, 𝙩𝙤𝙤.''
Neste caso, o sistema conhecido era a água cerebral (líquido 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, sendo provável que constituam uma parte importante das nossas funções cognitivas superiores.
Os processos quânticos estão bem estabelecidos na biologia não humana. Por exemplo, sem o tunelamento quântico, a fotossíntese e, consequentemente, a maior parte da vida na Terra, talvez não tivessem surgido.
Este estudo também não é a primeira evidência de biologia quântica humana.
Criptocromos encontrados nos olhos das aves, que utilizam o emaranhamento quântico de estado tripleto, 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 de nossa evolução eles foram desativados.
As conclusões deste estudo podem marcar o início de uma mudança de paradigma na neurociência, bem como revelar formas essenciais de desenvolver a computação quântica baseada em máquinas e a inteligência artificial geral.
Estudo: Indícios experimentais de funções cerebrais não clássicas, Christian Matthias Kerskens e David López Pérez.
Pela primeira vez na história, animais podem estar adquirindo alguns aspectos da inteligência humana por meio de transplantes cerebrais integrativos.
Organoides (ou assembloides) são aglomerados funcionais de neurônios cultivados in vitro, geralmente a partir de células-tronco derivadas da pele. Essas formações cerebrais vivas relativamente complexas, que podem ser de origem animal ou humana, são utilizadas para estudar a mecânica neural em laboratório, fora de um cérebro real.
No entanto, seu valor para pesquisa é bastante limitado pelo tamanho e complexidade que podem atingir. Para superar esse problema, uma nova abordagem publicada na revista Nature transplantou organoides do córtex humano em cérebros de ratos vivos (na imagem acima).
Seis meses após a integração, os neurônios humanos atingiram um novo nível de maturação, crescendo seis vezes mais do que era possível in vitro. Sua atividade passou a imitar melhor alguns dos comportamentos mais sofisticados observados em cérebros humanos.
Num experimento subsequente, os pesquisadores ativaram especificamente os neurônios humanos geneticamente alterados usando optogenéticae conseguiram influenciar com sucesso a frequência com que os ratos buscavam uma recompensa.
Embora fascinante, este novo domínio da pesquisa biológica, e até mesmo a própria biologia, pode estar repleto de complicações éticas, inclusive sobre como classificar um organismo híbrido desse tipo.
Estudo: Maturação e integração de circuitos de organoides corticais humanos transplantados, Omer Revah et al.Stu
Este vídeo é mais do que aparenta - na verdade, é 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 campos da ciência que evoluem mais rapidamente. Esta pesquisa segue uma direção diferente, mas igualmente fascinante, sintetizando uma mistura de organoides humanos/de roedores com chips de computador.
Denominada 'inteligência biológica sintética' (SBI, na sigla em inglês), a meta é fundir sinergicamente essas formas de inteligência que antes eram divergentes.
Em particular, os pesquisadores buscaram trazer o poder da complexidade de terceira ordem encontrada em organoides, algo nunca antes alcançado na computação tradicional. Além disso, buscaram obter a definição formal de senciência em culturas neurais, demonstrando efetivamente o aprendizado por feedback sensorial.
Neste estudo, os organoides in vitro foram integrados à computação 'in silico' por meio de uma matriz de multieletrodos de alta densidade. Utilizando feedback estruturado em circuito fechado através de estimulação eletrofisiológica, o experimento denominado 'BrainDish' foi incorporado a uma simulação do icônico jogo de computador Pong.
A capacidade dos neurônios em conjuntos de responderem a estímulos externos de forma adaptativa é a base de toda a aprendizagem animal. Embora este experimento inicial seja uma simulação muito básica, ele demonstrou comportamento inteligente e consciente em um mundo de jogo simulado por meio de comportamento direcionado a objetivos.
Essa abordagem oferece uma nova e promissora via de pesquisa para apoiar ou contestar 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.
Pesquisadores fizeram uma descoberta potencialmente revolucionária para a saúde humana em 2022. Os músculos representam a maior massa magra do nosso corpo, porém, em termos de metabolismo oxidativo corporal total, eles queimam apenas 15% da glicose em repouso. Isso está associado aos riscos à saúde decorrentes do excesso de tempo sentado.
O músculo sóleo é um pequeno músculo da panturrilha que pesa apenas um quilo, porém possui um mecanismo interno especial, até então desconhecido. Um novo estudo da Universidade de Houston mostrou que, quando esse músculo específico é ativado com precisão, o metabolismo da glicose em todo o corpo aumenta drasticamente para entre 30% e 45%. Isso ocorre com um gasto energético insignificante na contração do sóleo.
O exercício consiste em uma simples elevação repetitiva do calcanhar, mantendo a planta do pé no chão, podendo ser feito sentado no chão ou em uma cadeira. Foi apelidado de "flexão de braço com o sóleo", pois ativa uma mistura energética até então desconhecida.
Curiosamente, esse tipo de contração do músculo sóleo é desativado durante a caminhada ou corrida. Consequentemente, o gasto energético muscular dos membros inferiores também foi testado em uma esteira.
Surpreendentemente, a flexão de braço com o músculo sóleo consumiu mais do que o dobro de oxigênio do que a corrida e dezenas de vezes mais do que a caminhada. Os efeitos foram observados em adultos com idades entre 22 e 82 anos.
A principal conclusão é que a regulação metabólica sistêmica pode ser significativamente melhorada pela ativação de um músculo menor da panturrilha. Esses resultados de pesquisa revelam uma maneira amplamente acessível e prática de combater os riscos significativos à saúde associados ao sedentarismo prolongado, inclusive para pessoas que praticam exercícios físicos regularmente.
Estudo: Um método fisiológico potente para ampliar e sustentar o metabolismo oxidativo do músculo sóleo melhora a regulação da glicose e dos lipídios, Marc T. Hamilton, et al.
Uma descoberta acidental publicada na revista Nature revelou uma nova e importante característica da neuroplasticidade no cérebro de mamíferos adultos.
Uma equipe de neurocientistas do MTI estava estudando cérebros de camundongos para demonstrar como os dendritos dos neurônios processam as entradas sinápticas de maneiras diferentes, dependendo de sua localização. Como isso requer técnicas de altíssima resolução, eles descobriram incidentalmente uma abundância de sinapses silenciosas, conhecidas como filopódios, nas pontas dos dendritos.
O pesquisador principal comentou:
“O caminho que seguimos, que seguimos e não nos esquecemos, que 𝙩𝙝𝙖𝙩 𝙩𝙝𝙚𝙧𝙚 𝙬𝙚𝙧𝙚 𝙛𝙞𝙡𝙤𝙥𝙤𝙙𝙞𝙖 𝙚𝙫𝙚𝙧𝙮𝙬𝙝𝙚𝙧𝙚.”
As sinapses são os mecanismos neurais que permitem ao cérebro se conectar de forma flexível em configurações quase infinitas. No entanto, sinapses já funcionalmente conectadas requerem um alto limiar de estimulação para se desacoplarem e se reconectarem.
As sinapses silenciosas têm um limiar muito baixo e estão essencialmente prontas para se conectar com outros neurônios. Embora se acreditasse anteriormente que os filopódios existiam apenas em cérebros muito jovens, isso deixou muitas perguntas sobre os mecanismos que explicam como os cérebros adultos ainda são capazes de altos níveis de neuroplasticidade.
Descobriu-se também que os filopódios adultos são muito sensíveis à plasticidade hebbiana, onde um neurônio pode influenciar diretamente a plasticidade sináptica de outro.
A descoberta oferece uma nova compreensão de como a conectividade funcional pode ser impulsionada por esse novo mecanismo, permitindo um controle flexível da formação de sinapses que expande as capacidades de aprendizado do cérebro maduro.
Também oferece explicações sobre 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 𝙢𝙚𝙢𝙤𝙧𝙞𝙚𝙨 𝙬𝙞𝙩𝙝𝙤𝙪𝙩 𝙤𝙫𝙚𝙧𝙬𝙧𝙞𝙩𝙞𝙣𝙜 𝙩𝙝𝙚 𝙞𝙢𝙥𝙤𝙧𝙩𝙖𝙣𝙩 𝙢𝙚𝙢𝙤𝙧𝙞𝙚𝙨 𝙨𝙩𝙤𝙧𝙚𝙙 𝙞𝙣 𝙢𝙖𝙩𝙪𝙧𝙚 𝙨𝙮𝙣𝙖𝙥𝙨𝙚𝙨, 𝙬𝙝𝙞𝙘𝙝 𝙖𝙧𝙚 𝙝𝙖𝙧𝙙𝙚𝙧 𝙩𝙤 𝙘𝙝𝙖𝙣𝙜𝙚.”
Uma das principais conclusões desta pesquisa é que nossos cérebros são neuroanotomicamente preparados de uma forma que lhes permite permanecer altamente adaptáveis durante a idade adulta, potencialmente prontos para passar por mudanças transformadoras.
Estudo: 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 no couro cabeludo para potencialmente aumentar a atividade cerebral, também conhecida informalmente como "choque cerebral". Essa técnica já existe há algum tempo; por exemplo, a DARPA realizou pesquisas sobre ela há cerca de uma década. A maior parte das pesquisas se concentrou em populações saudáveis ou de alto desempenho, mas poucas evidências convincentes surgiram.
Um estudo recém-publicado sugere que os benefícios desse método podem ser específicos para idosos com problemas de memória.
Os pesquisadores avaliaram os efeitos do treinamento de memória como uma avaliação composta geral da capacidade da memória de trabalho, comparando adultos mais velhos com idosos que apresentam problemas de memória.
Eles descobriram que, embora todos os indivíduos tenham melhorado seu desempenho durante o treinamento, a tDCS com treinamento de memória de trabalho beneficiou seletivamente os idosos (IO) com menor capacidade de memória de trabalho.
Curiosamente, eles também descobriram que o desempenho com a estimulação tDCS foi pior em idosos 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 neuromodulação podem ser altamente específicos do ponto de vista neurológico.
Além disso, uma técnica semelhante de estimulação elétrica, chamada estimulação transcraniana por corrente alternada (tACS), que utiliza correntes elétricas alternadas de baixa intensidade para desencadear uma maior atividade cerebral, demonstrou pela primeira vez que pode provocar mudanças significativas na cognição.
Em um estudo publicado na revista Nature, 150 pessoas com idades entre 65 e 88 anos realizaram uma tarefa de memorização de uma lista de palavras com duração de 20 minutos, enquanto seus cérebros eram submetidos a estimulação elétrica. Esse procedimento foi repetido ao longo de 4 dias.
Em contraste com a estimulação simulada, os resultados mostraram que o desempenho da memória melhorou ao longo dos quatro dias e que esses ganhos persistiram mesmo um mês depois.
Talvez de forma ainda 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 alvo de estimulação, a recordação foi aprimorada para palavras próximas ao final da lista.
Os resultados são muito mais convincentes do que outros estudos nesta área. Isso pode ser devido ao fato de a estimulação ter sido realizada ao longo de vários dias, em vez de uma única sessão. De qualquer forma, agora parece que a tACS pode desempenhar um papel positivo na melhoria das funções cerebrais.
Estudo 1: Idosos com menor capacidade de memória de trabalho se beneficiam da estimulação transcraniana por corrente contínua quando combinada com treinamento de memória de trabalho, Sara Assecondi et al.
Estudo 2: Melhora duradoura e dissociável na memória de trabalho e na 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 de forma robusta que uma intervenção de treinamento cognitivo de 4 semanas pode melhorar significativamente a mentalidade de crescimento em crianças de 7 a 10 anos de idade.
A mentalidade de crescimento baseia-se na crença de que a inteligência de uma pessoa pode mudar com esforço, o qual está associado a:
- aumento do desejo de aprender
- visões positivas do esforço
- Disposição para enfrentar desafios
Além de avaliações pré e pós-treinamento da mentalidade de crescimento, exames detalhados de ressonância magnética funcional (fMRI) foram realizados antes e depois do treinamento. Juntamente com a transferência direta observada nas avaliações, os exames revelaram mudanças neurológicas positivas em múltiplas regiões cerebrais cruciais para o controle cognitivo, a motivação e a memória.
A plasticidade dos circuitos córtico-estriatais emergiu como um forte indicador de quais crianças obtiveram os maiores benefícios com o treinamento.
Medidas de mentalidade de crescimento antes do treinamento também foram associadas a habilidades matemáticas mais elevadas após o treinamento, sugerindo que níveis mais altos de mentalidade de crescimento levaram a um melhor desempenho em matemática com o treinamento. Curiosamente, porém, crianças com habilidades matemáticas mais baixas antes do treinamento demonstraram maiores ganhos em mentalidade de crescimento em resposta ao treinamento.
Como as influências positivas na mentalidade de crescimento em tenra idade podem influenciar significativamente a trajetória de desenvolvimento de uma criança, os resultados mostram que as intervenções de treinamento cognitivo têm o potencial de melhorar os resultados gerais na vida.
Estudo: O treinamento cognitivo aprimora a mentalidade de crescimento em crianças por meio da plasticidade dos circuitos córtico-estriatais, Lang Chen, et al.
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Uma discussão baseada em evidências sobre se atividades como palavras cruzadas e Sudoku melhoram significativamente a saúde cerebral, esclarecendo o que elas promovem, o que não promovem e por que seus benefícios são frequentemente mal compreendidos.
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