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Embora tenha sido um ano difícil para a maioria dos campos da ciência, a era de ouro da neurociência continuou a prosperar a um ritmo acelerado ao longo de 2020. Em particular, houve vários avanços semelhantes aos da ficção científica para mapear os nossos cérebros, desenvolvimentos importantes para melhorar a saúde humana. na velhice e no início de uma nova era da neurociência baseada em IA. Vamos dar uma olhada em 9 das principais descobertas da neurociência do ano passado.
No início deste ano, os cientistas do MIT desenvolveram uma nova técnica para emparelhar o mapeamento estrutural (anatomia do cérebro) com o mapeamento funcional (como o cérebro se comporta) – a primeira vez que isto foi conseguido de forma adequada. Além disso, isso foi feito em camundongos vivos, com o mapeamento realizado nas regiões do cérebro do camundongo em tempo real. Este vídeo dá uma ideia de como é fascinante ver o acoplamento das estruturas cerebrais e a mudança da atividade ao vivo em resposta à exibição de diferentes imagens a um camundongo.
A técnica de vanguarda combina microscopia de três fótons THG mapeamento retinotópico , permitindo que a atividade seja observada através do tecido cerebral profundo por meio de assinaturas elétricas.
Ele também oferece uma resolução impressionante, permitindo o estudo de neurônios individuais e suas subestruturas, bem como de vasos sanguíneos finos e mielina – um tipo de isolante conhecido por ser um fator crítico na velocidade de processamento do cérebro.
Este estudo concentrou-se nos centros visuais do cérebro, mas o mesmo método pode ser usado para estudar outras regiões. Promete ser uma ferramenta poderosa para compreender as diferenças entre os estados cerebrais saudáveis e doentes, bem como a forma como o cérebro responde à estimulação ambiental.
A Universidade de Stanford fez um avanço importante com uma nova técnica de microscopia bifocal COSMOS . Seu trabalho capturou filmes de atividade neural em todo o córtex cerebral do cérebro de um camundongo.
Esses sinais foram gravados essencialmente filmando o cérebro de três ângulos diferentes e, em seguida, extraindo sinais computacionalmente para fornecer um vídeo ao vivo da atividade macroscópica nos hemisférios esquerdo e direito. Aqui está um exemplo onde você literalmente vê a notável tempestade elétrica de um cérebro real em ação.
À medida que o córtex lida com funções cognitivas complexas de nível superior, comportamentos mais misteriosos, como processos de tomada de decisão, podem agora começar a ser desvendados de forma global. Por exemplo, para compreender a relação entre decisões dependentes da percepção sensorial e da função motora (pense no que está envolvido na decisão de como se esquivar de um carro que se aproxima).
Os investigadores também esperam que o COSMOS seja um método de baixo custo para rastrear os efeitos dos medicamentos psiquiátricos, para que possam ser desenvolvidos para serem funcionalmente mais eficazes.
Como abordamos em um blog anterior , um grande avanço para Deep Mind veio através da imitação das colunas neocorticais da mente humana. Isso levou a um aumento enorme da inteligência usando uma fração do poder de computação. Como resultado, esta IA modelada por humanos já ultrapassou os melhores jogadores de xadrez do mundo, Go e depois os jogadores de eSports em seus próprios jogos.
Embora não seja totalmente compreendido, o sono desempenha uma função crítica para os cérebros de mamíferos e humanos, ocorrendo sérios problemas sempre que a privação de sono é suportada. Este ano, o Laboratório Nacional de Los Alamos descobriu que as redes computacionais dos sistemas de IA também sofrem uma espécie de privação de sono, tornando-se instáveis quando executadas por longos períodos sem descanso. No entanto, quando colocados num estado de rede semelhante às ondas cerebrais que experimentamos durante o sono, o desempenho ideal foi restaurado.
Isso pode não parecer grande coisa, mas os avanços na IA provavelmente transformarão a maneira como vivemos todas as nossas vidas. As descobertas também sugerem que a fusão das disciplinas da neurociência e do campo da IA poderia gerar uma nova era de computadores superinteligentes.
Um minúsculo dispositivo cerebral tem sido usado para melhorar a qualidade de vida de pacientes com paralisia grave dos membros superiores causada por doença do neurônio motor. Realizado na Universidade de Melbourne, este ensaio implantou a nova microtecnologia no cérebro dos participantes.
O dispositivo chamado Stentrode™ foi inserido através de uma cirurgia fechada no pescoço e de lá movido para o córtex motor através dos vasos sanguíneos. Este método minimamente invasivo evita os riscos associados e as complicações de recuperação da cirurgia cerebral aberta.
O implante utiliza tecnologia sem fio para transmitir atividade neuronal específica para um computador, onde é convertida em ações baseadas nas intenções dos pacientes. Surpreendentemente, este pequeno chip permitiu aos pacientes realizar ações como clicar e ampliar, e escrever com 93% de precisão, ajudando-os a fazer coisas que consideramos naturais, como enviar mensagens de texto, enviar e-mails e fazer compras online.
Ainda é muito cedo, mas a natureza minimamente invasiva do tratamento mostra o grande potencial das microneurotecnologias para ajudar pessoas com todos os tipos de deficiências cognitivas.
Em 2018, informamos que os cientistas aprenderam como reprogramar células-tronco em neurônios específicos. Este ano, investigadores de quatro universidades diferentes dos EUA deram um passo maior em direcção ao Santo Graal da extensão da vida. Ao identificar redes de genes que regulam a regeneração celular, eles foram capazes de manipular células normais para se transformarem em células progenitoras , que podem se transformar em qualquer tipo de célula para substituir células mortas.
A prova de conceito foi realizada com células gliais de peixes zebra, convertendo-as efetivamente em células-tronco que detectaram e restauraram células retinianas danificadas para recuperar a visão prejudicada.
A morte celular, ou apoptose , desempenha um grande papel no inevitável envelhecimento natural dos humanos. Os pesquisadores acreditam que o processo de regeneração dos neurônios no cérebro será semelhante. Se for bem sucedido, terá vastas implicações para condições como a doença de Alzheimer, onde grandes regiões do cérebro podem ser perdidas devido à morte de neurónios. Também pode desempenhar um papel na prevenção dos muitos efeitos colaterais do envelhecimento natural do cérebro, para uma vida mais longa e saudável em plena forma até a velhice.
Em vez de substituir células moribundas, cientistas da Universidade de Heidelberg identificaram processos-chave envolvidos na morte de células cerebrais, chamados neurodegeneração . Envolveu a descoberta do processo pelo qual a captação de glutamato celular evita a morte celular em pessoas saudáveis, mas torna-se inativa em estados de doença como o acidente vascular cerebral, onde o fornecimento de oxigênio às células cerebrais fica restrito.
Na verdade, isso leva à morte das células simplesmente porque não estão recebendo os sinais químicos corretos que lhes digam para permanecerem vivas. Os pesquisadores desenvolveram então uma classe especial de inibidores que podem intervir e desativar o “complexo de morte” celular antes que ele ocorra.
Os inibidores demonstraram ser altamente eficazes na proteção das células nervosas, conduzindo esperançosamente a uma nova classe de opções de tratamento para doenças neurodegenerativas.
Pesquisadores da Universidade de Aarhus usaram técnicas avançadas de imagem PET e ressonância magnética para revelar que a doença de Parkinson é, na verdade, uma de duas variantes diferentes da doença .
Numa variante, a doença começa nos intestinos, espalhando-se para o cérebro através de conexões neurais. No outro, começa no cérebro e depois segue para os intestinos e outros órgãos. Este vídeo oferece uma ótima visão geral.
Embora não seja curativo, é um passo importante na direção certa para poder identificar o início do estágio inicial para medidas preventivas. Por exemplo, pode levar a tratamentos que impedem que a doença chegue ao cérebro, onde os efeitos se tornam debilitantes com o tempo. É também outra peça chave no puzzle das poderosas simbioses entre os nossos intestinos e a nossa mente, conhecidas cientificamente como eixo intestino-cérebro .
Cientistas da Universidade de Cambridge e do Imperial College London desenvolveram um novo tipo de algoritmo de IA que pode detectar, diferenciar e identificar diferentes tipos de lesões cerebrais a partir de dados topográficos de tomografia computadorizada.
As tomografias computadorizadas coletam uma enorme quantidade de dados que podem levar horas para serem analisados pelos especialistas, e isso precisa incluir a avaliação coletiva de múltiplas tomografias ao longo do tempo, a fim de rastrear trajetórias de recuperação ou progressão da doença. Esta nova ferramenta de IA parece ser melhor do que os especialistas humanos na detecção de tais mudanças, além de ser muito mais rápida e barata.
Por exemplo, a sua investigação mostrou que o software é altamente eficaz na quantificação automática da progressão de múltiplos tipos de lesões cerebrais, ajudando a prever quais lesões seriam maiores. A aplicação inovadora deste tipo de IA para auxiliar a análise humana será provavelmente a primeira de muitas que transformarão os diagnósticos médicos de forma rentável.
Super-idosos são indivíduos cujas habilidades cognitivas ultrapassam muito as de seus pares na velhice, mantendo habilidades mentais juvenis até os 70 e 80 anos. Até agora, o segredo para manter a sua forma de pico tem sido pouco compreendido.
O Hospital Universitário de Colônia e o Centro de Pesquisa Juelich descobriram uma diferença fundamental em sua biologia . Usando exames PET, eles revelaram que os super-idosos aumentaram acentuadamente a resistência às tau e amilóide . Até anos recentes, estas proteínas revelaram-se difíceis de estudar.
Os super-idosos também apresentam níveis mais baixos de tau e patologia amilóide, o que, por sua vez, leva a vários tipos de neurodegeneração na maioria das pessoas na velhice. Foi agora identificado que a resistência reduzida à acumulação de tau e amilóide é um factor biológico primário para a perda da forma cognitiva máxima.
Novas pesquisas podem ser focadas nestes processos para encontrar maneiras de possivelmente curar o declínio mental em geral, bem como ajudar a desenvolver terapêuticas para proteger contra formas de demência que já estão ocorrendo.
Esperamos que você tenha achado esses destaques da neurociência interessantes. Se você deseja aprender mais sobre o ritmo notável do progresso na neurociência, leia também nossos blogs sobre os destaques dos três anos anteriores.
As três principais histórias de neurociência alucinantes de 2019
5 avanços da neurociência em 2018
7 principais desenvolvimentos em neurociência de 2017
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