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A neurociência não é apenas um dos campos da ciência que mais progride, é também um dos mais diversos. O ano de 2023 viu a investigação acelerar em muitos aspectos fascinantes num amplo espectro de disciplinas. Aqui estão alguns destaques de avanços que prometem moldar a nossa compreensão do cérebro humano e do mundo com o qual o usamos para interagir.
Tradicionalmente, pensamos na atividade elétrica do cérebro como algo a jusante dos neurônios que os produzem por meio de disparos de sinalização. No entanto, um novo artigo de John Hopkins e neurocientistas do MIT propõe uma teoria de que estes sinais eléctricos podem realmente reestruturar o cérebro até ao nível subcelular.
Apelidada de “Acoplamento Citoelétrico”, a teoria propõe que os campos elétricos do cérebro, criados pela atividade da rede neural, podem influenciar a configuração física dos componentes subcelulares dos neurônios para otimizar a estabilidade e a eficiência da rede.
Isto baseia-se em estudos anteriores que mostraram como a actividade eléctrica rítmica ou “ondas cerebrais” em redes neurais, e a influência dos campos eléctricos a nível molecular, podem coordenar e ajustar as funções do cérebro.
Este tipo de neuroplasticidade induzida eletricamente nos microtúbulos e no nível molecular fornece outro caminho para entender por que a cognição humana é tão incrivelmente flexível.
Os mecanismos descritos para como isso é alcançado incluem eletrodifusão, mecanotransdução e trocas entre energia elétrica, potencial e química.
Como resumiu o pesquisador principal, “𝘼𝙨 𝙩𝙝𝙚 𝙗𝙧𝙖𝙞𝙣 𝙖𝙙𝙖𝙥𝙩𝙨 𝙩𝙤 𝙖 𝙘𝙝𝙖𝙣𝙜𝙞𝙣𝙜 𝙬𝙤𝙧𝙡𝙙, 𝙞𝙩𝙨 𝙥𝙧𝙤𝙩𝙚𝙞𝙣𝙨 𝙖𝙣𝙙 𝙢𝙤𝙡𝙚𝙘𝙪𝙡𝙚𝙨 𝙘 𝙝𝙖𝙣𝙜𝙚 𝙩𝙤𝙤. 𝙏𝙝𝙚𝙮 𝙘𝙖𝙣 𝙝𝙖𝙫𝙚 𝙚𝙡𝙚𝙘𝙩𝙧𝙞𝙘 𝙘𝙝𝙖𝙧𝙜𝙚𝙨 𝙖𝙣𝙙 𝙣𝙚𝙚𝙙 𝙩𝙤 𝙘𝙖𝙩𝙘𝙝 𝙪𝙥 𝙬𝙞𝙩𝙝 𝙣𝙚𝙪𝙧𝙤𝙣𝙨 𝙩𝙝𝙖𝙩 𝙥 𝙧𝙤𝙘𝙚𝙨𝙨, 𝙨𝙩𝙤𝙧𝙚, 𝙖𝙣𝙙 𝙩𝙧𝙖𝙣𝙨𝙢𝙞𝙩 𝙞𝙣𝙛𝙤𝙧𝙢𝙖 𝙩𝙞𝙤𝙣 𝙪𝙨𝙞𝙣𝙜 𝙚𝙡𝙚𝙘𝙩𝙧𝙞𝙘 𝙨𝙞𝙜𝙣𝙖𝙡𝙨. 𝙄𝙣𝙩𝙚𝙧𝙖𝙘𝙩𝙞𝙣𝙜 𝙬𝙞𝙩𝙝 𝙩𝙝𝙚 𝙣𝙚𝙪𝙧𝙤𝙣𝙨' 𝙚𝙡𝙚𝙘 𝙩𝙧𝙞𝙘 𝙛𝙞𝙚𝙡𝙙𝙨 𝙨𝙚𝙚𝙢𝙨 𝙣𝙚𝙘𝙚𝙨𝙨𝙖𝙧𝙮.”
No início deste ano, descobriu-se que o emaranhado quântico está ligado à cognição de ordem superior, e parece que estes tipos de novos paradigmas que vão além do nível dos neurônios podem ser a chave para o progresso da neurociência para o próximo nível.
Um artigo publicado na Nature Nanotechnology sugere um novo paradigma de tratamento de saúde através da manipulação de tunelamento biológico quântico em células cerebrais para tratar o câncer de glioblastoma.
Os pesquisadores desenvolveram sua técnica com base em evidências anteriores de que os eventos da mecânica quântica desempenham um papel crucial em processos biológicos específicos que fundamentam o funcionamento dos organismos. O método envolve a aplicação de nanoeletrodos bipolares de ouro (denominados bio-nanoantenas) pulverizados em uma seção de tratamento cirúrgico.
É então aplicado um campo elétrico preciso que visa e estimula especificamente os campos elétricos de células tumorais individuais. Isso faz com que um único elétron seja transferido por meio da manipulação do tunelamento de elétrons, o que altera o estado da proteína da célula - um fenômeno conhecido como Transferência Biológica Quântica de Elétrons (QBET).
Isto, por sua vez, sinaliza às células cancerígenas para ativarem a morte celular programada (apoptose). As células cerebrais normais são insensíveis à estimulação eléctrica, enquanto as células tumorais são extremamente sensíveis (o que os investigadores postulam é devido à sua expressão alterada de vias genéticas).
Efetivamente, isso representa uma ferramenta de comunicação elétrico-molecular sem fio que facilita a morte de células cancerígenas. A abordagem é minimamente invasiva em comparação com a cirurgia tradicional e pode ser usada quando a cirurgia não é uma opção devido à proliferação excessiva de células tumorais entre as células saudáveis.
Os pesquisadores propõem que vários aspectos das frequências elétricas e da voltagem da estimulação permitirão que diferentes tipos de células cancerosas sejam direcionados.
Embora o método de entrega das bio-nanoantenas para facilitar a estimulação elétrica possa ter algumas limitações, esta pesquisa parece ser a primeira demonstração de uma terapia médica quântica que aproveita mudanças na biologia das células em nível quântico.
Embora ainda seja cedo, o autor do estudo, Frankie Rawson, resumiu o significado mais amplo das descobertas.
“𝑨𝒔 𝒇𝒊𝒓𝒔𝒕 𝒇𝒊𝒓𝒔𝒕-𝒆𝒗𝒆𝒓 𝒄𝒂𝒏𝒄𝒆𝒓 𝒕𝒓𝒆𝒂𝒕𝒎𝒆𝒏𝒕 𝒕𝒐 𝒉𝒂𝒓𝒏𝒆𝒔𝒔 𝒒𝒖𝒂𝒏𝒕𝒖𝒎 𝒎𝒆𝒄𝒉𝒂𝒏𝒊𝒄𝒂𝒍 𝒆𝒇𝒇𝒆𝒄𝒕𝒔, 𝒕𝒉𝒊𝒔 𝒎𝒂𝒚 𝒓𝒆𝒑𝒓𝒆𝒔𝒆𝒏𝒕 𝒘𝒐𝒓𝒍𝒅'𝒔 𝒇𝒊𝒓𝒔𝒕 𝒒𝒖𝒂𝒏𝒕𝒖𝒎 𝒕𝒉𝒆𝒓𝒂𝒑𝒚, 𝒖𝒔𝒉𝒆𝒓𝒊𝒏𝒈 𝒊𝒏 𝒂 𝒏𝒆𝒘 𝒐𝒇 𝒕𝒓𝒆𝒂𝒕𝒎𝒆𝒏𝒕 𝒑𝒂𝒓𝒂𝒅𝒊𝒈𝒎𝒔 𝒑𝒂𝒓𝒂𝒅𝒊𝒈𝒎𝒔”
𝗪𝗶𝗿𝗲𝗹𝗲𝘀𝘀 𝗲𝗹𝗲𝗰𝘁𝗿𝗶𝗰𝗮𝗹 - 𝗺𝗼𝗹𝗲𝗰𝘂𝗹𝗮𝗿 𝗾𝘂𝗮𝗻𝘁𝘂𝗺 𝘀𝗶𝗴𝗻𝗮𝗹𝗹𝗶𝗻𝗴 𝗳𝗼𝗿 𝗰𝗮𝗻𝗰𝗲𝗿 𝗰𝗲𝗹𝗹 𝗮𝗽𝗼𝗽𝘁𝗼𝘀𝗶𝘀
Um novo estudo que explora os benefícios potenciais da estimulação cognitiva através do sentido do olfato revela descobertas promissoras sobre os benefícios funcionais do cérebro no envelhecimento - durante o sono!
O objetivo principal do estudo foi investigar se o enriquecimento olfativo poderia impactar positivamente a função cognitiva em idosos saudáveis. Os pesquisadores levantaram a hipótese de que o acesso único do olfato às regiões do cérebro relacionadas à memória poderia normalizar circuitos de memória específicos, beneficiando potencialmente as habilidades cognitivas.
Apesar de expor os participantes a apenas uma variedade limitada de odores durante as sessões noturnas, o estudo produziu resultados convincentes. Os participantes enriquecidos exibiram uma melhoria de 226% no desempenho no Teste de Aprendizagem Auditiva Verbal Rey (em comparação com um grupo de controle), que avalia a aprendizagem verbal e as habilidades relacionadas à memória.
Mais especificamente, as varreduras fRMI pré-pós-DTI revelaram modificações estruturais no cérebro, incluindo mudanças positivas na região do fascículo uncinado, que normalmente se deteriora com o envelhecimento e condições neurodegenerativas.
O estudo também revelou que os participantes estimulados pelo olfato entre 60 e 72 anos de idade experimentaram melhorias cognitivas mais pronunciadas do que os seus homólogos mais velhos, sugerindo que os benefícios no envelhecimento podem ser melhor alcançados de forma proativa.
A principal conclusão é que pode ser possível melhorar de forma segura e acessível a saúde do cérebro e o funcionamento cognitivo de formas relevantes para o envelhecimento da população, aproveitando a estimulação sensorial passiva.
A estimulação cerebral profunda tem se mostrado muito promissora terapêutica, mas barreiras significativas incluem a natureza invasiva dos eletrodos implantados, bem como a falta de precisão sobre quais neurônios eles excitam. Um grande avanço foi publicado no Cell Reports, com a engenharia de fios de estímulo-nanoeletrônicos ultraflexíveis (StimNETs).
Este novo tipo de eletrodos é uma ordem de grandeza menor que os implantes tradicionais e, portanto, muito mais precisos. O artigo mostra evidências experimentais em ratos e em testes em humanos de primeira fase de que os StimNETs possuem várias vantagens importantes.
• Eletrodo ultraflexível capaz de estimulação crônica precisa
• Ativação neural espacialmente seletiva em correntes ultrabaixas
• Detectabilidade comportamental estável por mais de 8 meses
• Interface tecido-eletrodo intacta sem degeneração neuronal
Em particular, em vez de ativar grandes aglomerados de neurônios, os StimNETs podem estimular seletivamente neurônios individuais. Isso é um pouco como precisar enviar uma mensagem para uma pessoa em uma sala lotada e poder fazer isso por meio de uma chamada telefônica em vez de um alto-falante.
Além de ser uma grande promessa para tornar prática a estimulação cerebral profunda, a precisão seletiva desta neurotecnologia permitirá aos pesquisadores aprender com muito mais precisão quais tipos de estimulação elétrica são úteis para condições neurológicas específicas.
Num avanço relacionado da neurociência em 2023, pela primeira vez a estimulação cerebral profunda demonstrou efeitos promissores no alívio dos sintomas da doença de Alzheimer. Para ser eficaz, é necessária uma precisão exata na colocação dos eletrodos, e é difícil saber exatamente em quais áreas do cérebro focar a estimulação com diferentes doenças cerebrais.
Pesquisadores afiliados da Harvard Medical School, especializados na análise de imagens de ressonância magnética de alta resolução do cérebro, combinaram sua abordagem com modelos de computador que identificaram com sucesso locais precisos e ideais para estimulação. Este “ponto ideal” preciso entre regiões de memória que se cruzam resultou em participantes que beneficiaram de reduções consideráveis nos sintomas.
Mais estudos clínicos são necessários antes que o DBS possa ser aprovado para tratamento, mas os dados disponíveis publicamente no estudo agora permitem que os pesquisadores coloquem eletrodos com precisão em estudos neurocirúrgicos que testam o DBS em pacientes com Alzheimer.
𝗢𝗽𝘁𝗶𝗺𝗮𝗹 𝗱𝗲𝗲𝗽 𝗯𝗿𝗮𝗶𝗻 𝘀𝗶𝘁𝗲𝘀 𝗮𝗻𝗱 𝗻𝗲𝘁𝘄𝗼𝗿𝗸𝘀 𝗻𝗲𝘁𝘄𝗼𝗿𝗸𝘀 𝗳𝗼𝗿 𝘀𝘁𝗶𝗺𝘂𝗹𝗮𝘁𝗶𝗼𝗻 𝘁𝗵𝗲 𝗳𝗼𝗿𝗻𝗶𝘅 𝗶𝗻 𝗔𝗹𝘇𝗵𝗲𝗶𝗺𝗲𝗿'𝘀 𝗱𝗶𝘀𝗲𝗮𝘀𝗲
Uma equipa de cientistas médicos militares na China relatou descobertas de CRISPR/Cas9 utilizado com sucesso para inserir um gene de tardígrados em células estaminais embrionárias humanas, aumentando dramaticamente a sua resistência à radiação.
O tardígrado (também conhecido como urso d'água) tem menos de 1 milímetro de comprimento e é a criatura mais resistente da Terra. Ao longo de anos de testes científicos, sobreviveu ao espaço sideral, a -200 graus Celsius, e a mais de uma hora em água fervente.
Os pesquisadores relataram que quase 90% das células embrionárias humanas sobreviveram a uma exposição letal à radiação de raios X. Os resultados são muito surpreendentes, dado que a mistura entre uma lacuna genética tão grande normalmente leva apenas a mutações prejudiciais e demonstra potencialmente o poder do CRISPR para ir além dos experimentos genéticos tradicionais.
Embora seja tecnicamente legal através da utilização de células estaminais criadas artificialmente, a investigação é também altamente controversa - o objectivo a longo prazo é desenvolver soldados super-resistentes que possam sobreviver à precipitação nuclear. Um dos projetos futuros da equipe é transformar as células infundidas do tardígrado em células produtoras de sangue, para que possam ser inseridas na medula óssea para gerar novas células resistentes à radiação.
Por outro lado, os genes do tardígrado também poderiam trazer outros benefícios aos seres humanos, como desempenhar um papel protetor no DNA celular contra o estresse oxidativo, que é central para o desenvolvimento de muitas doenças, incluindo câncer, envelhecimento, diabetes, inflamação e Doença de Parkinson.
Cientistas colocam DNA tardígrado em células-tronco humanas
Uma equipe de pesquisadores da Universidade de Osaka desenvolveu uma técnica inovadora que pode criar imagens de células e tecidos em super-resolução usando inteligência artificial (IA). A equipe usou a Difusão Estável para analisar as varreduras cerebrais de cobaias que mostraram até 10.000 imagens dentro de uma máquina de ressonância magnética.
O novo método, denominado “Deep-Z”, utiliza algoritmos de aprendizagem profunda para extrair informações detalhadas de imagens de baixa resolução, permitindo a criação de imagens de alta resolução com detalhes mais precisos.
Esta tecnologia inovadora tem implicações significativas para a investigação biomédica, pois permite aos cientistas estudar células e tecidos com um nível de detalhe sem precedentes. A equipe testou seu método em vários tipos de células e tecidos, incluindo os do cérebro, retina e pulmão, e obteve resultados superiores às técnicas existentes.
Um dos aspectos mais interessantes do método Deep-Z é o seu potencial para uso em diagnóstico e tratamento médico. Ao produzir imagens de células e tecidos de alta resolução, os médicos poderiam identificar doenças em estágio inicial e desenvolver planos de tratamento mais direcionados.
Esta estrutura também poderia ser usada com dispositivos de varredura cerebral diferentes da ressonância magnética, como o EEG, ou tecnologias hiperinvasivas, como os implantes de cérebro-computador que estão sendo desenvolvidos pela Neuralink .
No geral, a técnica Deep-Z é um avanço significativo no campo da imagem biomédica e tem o potencial de revolucionar a pesquisa e o tratamento médico.
Este ano, uma equipe de biólogos e cientistas da computação desenvolveu máquinas biológicas autocurativas com menos de 1 mm de tamanho, criadas a partir de células de rã. Essas máquinas são chamadas de ‘Xenobots’, inspiradas no minúsculo sapo africano com garras, que é pequeno o suficiente para viajar dentro de corpos humanos.
A técnica envolve raspar e incubar células-tronco vivas de embriões de sapo e, em seguida, remodelá-las em formas corporais específicas projetadas pela inteligência da máquina. A diferenciação celular leva à formação de celia, projeções capilares que são utilizadas como pernas para fornecer um método de locomoção biologicamente novo.
Ainda é cedo, mas os Xenobots são os primeiros robôs vivos do mundo que também são programáveis. O progresso recente também incluiu a capacidade de replicá-los para tornar o processo mais escalonável.
Algumas das aplicações esperadas dos Xenobots incluem a entrega de medicamentos altamente específica e precisa, o tratamento de doenças localizadas, como a remoção de tumores cancerígenos, e até mesmo um meio escalonável para limpar os mares do mundo de plásticos e partículas sintéticas.
Para um mergulho mais profundo, aqui está uma explicação em vídeo de Sam Kriegman, um pós-doutorado que desenvolve software de IA para orientar o comportamento dos Xenobots.
Nos últimos anos, a comunidade científica tem sido cada vez mais atraída pelo potencial terapêutico das substâncias psicodélicas. Entre estes, o MDMA (3,4-metilenodioximetanfetamina), vulgarmente conhecido como ecstasy, emergiu como um candidato promissor para o tratamento do transtorno de estresse pós-traumático (TEPT). Num estudo clínico inovador publicado na Nature Medicine, os investigadores revelaram evidências convincentes que sugerem que a psicoterapia assistida por MDMA pode ser uma mudança de jogo no campo do tratamento do TEPT.
O ensaio clínico de Fase 3 envolveu dar aos pacientes com TEPT resistente ao tratamento meses de psicoterapia tradicional assistida com doses moderadas de MDMA. O MDMA mais do que duplicou a eficácia dos tratamentos psicoterapêuticos, com a maioria dos pacientes a ficarem livres de sintomas, bem como a apresentarem melhorias contínuas no bem-estar no seguimento do estudo.
Os resultados globais sugerem que as alterações relacionadas com o MDMA nas funções cognitivas aumentaram enormemente os benefícios da terapia psicológica, tanto em termos de capacidade de resposta como de efeitos positivos duradouros.
A psicofísica é um campo da neurociência dedicado a compreender como o cérebro humano processa sua realidade sensorial. Duas das maiores e mais surpreendentes descobertas de 2023 foram alcançadas com experimentos de realidade virtual (VR).
O primeiro estudo descobriu um novo fenômeno experiencial denominado 'A Ilusão do Toque Fantasma'. Isso usou representações simples de avatares de pessoas em RV e depois pediu aos participantes que tocassem diferentes partes do corpo de seus avatares com um bastão virtual. No experimento, os participantes não foram realmente tocados em nenhuma parte de seu corpo físico, no entanto, quase todos relataram fortes sensações táteis correspondentes ao local onde tocaram seu avatar. Os efeitos foram fortes o suficiente para que algumas pessoas no estudo acreditassem que os pesquisadores estavam tentando enganá-los e, na verdade, estavam usando alguma forma de estimulação tátil real.
O mais impressionante é que as sensações ocorreram quando os sujeitos tocaram partes dos membros de seus avatares, mesmo quando não podiam realmente vê-los em RV. Isto sugere que a representação do corpo é definida de cima para baixo, estendendo-se além da informação sensorial disponível.
O segundo estudo realizado por psicofísicos suecos conduziu experiências de RV demonstrando que, mesmo com sinais sensoriais mínimos, as nossas mentes podem assumir a propriedade de um corpo diferente.
Usando VR, eles manipularam a perspectiva visual dos participantes do estudo para ser de outra pessoa ou de um corpo falso. Isso foi feito em sincronia com sinais multissensoriais correlacionados. O experimento foi suficiente para desencadear a ilusão de que o corpo de outra pessoa, ou um corpo artificial, era o corpo real dos participantes.
Nas próprias palavras dos pesquisadores, '' 𝗧𝗵𝗶𝘀 𝗲𝗳𝗳𝗲𝗰𝘁 𝘄𝗮𝘀 𝘀𝗼 𝘀𝘁𝗿𝗼𝗻𝗴 𝘁𝗵𝗮𝘁 𝗽𝗲𝗼𝗽𝗹𝗲 𝗰𝗼𝘂𝗹𝗱 𝗯𝗲𝗶𝗻𝗴 𝗶𝗻 𝗮𝗻𝗼𝘁𝗵𝗲𝗿 𝗽𝗲𝗿𝘀𝗼𝗻'𝘀 𝗯𝗼𝗱𝘆 𝘄𝗵𝗲𝗻 𝗳𝗮𝗰𝗶𝗻𝗴 𝘁𝗵𝗲𝗶𝗿 𝗼𝘄𝗻 𝗯𝗼𝗱𝘆 𝘀𝗵𝗮𝗸𝗶𝗻𝗴 𝗵𝗮𝗻𝗱𝘀 𝘄𝗶𝘁𝗵 𝗶𝘁 𝗶𝘁. 𝗢𝘂𝗿 𝗿𝗲𝘀𝘂𝗹𝘁𝘀 𝗮𝗿𝗲 𝗳𝘂𝗻𝗱𝗮𝗺𝗲𝗻𝘁𝗮𝗹 𝗶𝗺𝗽𝗼𝗿𝘁𝗮𝗻𝗰𝗲 𝗯𝗲𝗰𝗮𝘂𝘀𝗲 𝘁𝗵𝗲𝘆 𝗶𝗱𝗲𝗻𝘁𝗶𝗳𝘆 𝘁𝗵𝗲 𝗽𝗲𝗿𝗰𝗲𝗽𝘁𝘂𝗮𝗹 𝗽𝗿𝗼𝗰𝗲𝘀𝘀𝗲𝘀 𝘁𝗵𝗮𝘁 𝗽𝗿𝗼𝗱𝘂𝗰𝗲 𝘁𝗵𝗲 𝗳𝗲𝗲𝗹𝗶𝗻𝗴 𝗼𝗳 𝗼𝘄𝗻𝗲𝗿𝘀𝗵𝗶𝗽 𝗼𝗳 𝗼𝗻𝗲'𝘀 𝗯𝗼𝗱𝘆. ''
Esses efeitos foram confirmados através de relatórios subjetivos estruturados e de análises biométricas detalhadas.
Se eu fosse você: ilusão perceptiva de troca de corpo
Juntas, estas descobertas são informações científicas valiosas sobre como os nossos cérebros dão sentido aos nossos mundos, mas também têm grandes implicações para a indústria de entretenimento VR em rápido crescimento, prometendo novas formas de alcançar experiências imersivas de próximo nível.
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