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Embora tenha sido um ano difícil para a maioria das áreas da ciência, a era de ouro da neurociência continuou a prosperar em ritmo acelerado ao longo de 2020. Em particular, houve várias descobertas revolucionárias dignas de ficção científica no mapeamento do cérebro, grandes avanços para a melhoria da saúde humana na terceira idade e o início de uma nova era da neurociência baseada em inteligência artificial. Vamos dar uma olhada em 9 das principais descobertas da neurociência do ano passado.
No início deste ano, cientistas do MIT desenvolveram uma nova técnica para combinar mapeamento estrutural (anatomia do cérebro) com mapeamento funcional (como o cérebro se comporta) — a primeira vez que isso foi realizado de forma eficaz. Além disso, o processo foi feito em camundongos vivos, com o mapeamento realizado em regiões cerebrais em tempo real. Este vídeo dá uma ideia de como é fascinante observar a interação entre as estruturas cerebrais e a atividade em tempo real, que se altera em resposta à exibição de diferentes imagens no cérebro do camundongo.
A técnica de vanguarda combina a microscopia de três fótons com geração de terceiro harmônico (THG) e mapeamento retinotópico, permitindo a observação da atividade em tecidos cerebrais profundos por meio de assinaturas elétricas.
Além disso, 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 cerebral.
Este estudo focou nos centros visuais do cérebro, mas o mesmo método pode ser usado para estudar outras regiões. Ele promete ser uma ferramenta poderosa para entender as diferenças entre estados cerebrais saudáveis e patológicos, bem como a forma como o cérebro responde à estimulação ambiental.
A Universidade de Stanford fez uma descoberta fundamental com uma nova de microscopia bifocal técnica COSMOS. Seu trabalho capturou vídeos da atividade neural em todo o córtex cerebral de um rato.
Esses sinais foram registrados filmando o cérebro de três ângulos diferentes e, em seguida, extraindo-os computacionalmente para fornecer um vídeo ao vivo da atividade macroscópica nos hemisférios esquerdo e direito. Aqui está um exemplo onde você pode literalmente ver a notável tempestade elétrica de um cérebro real em ação.
À medida que o córtex processa funções cognitivas complexas de nível superior, comportamentos mais misteriosos, como os processos de tomada de decisão, podem agora começar a ser desvendados de forma global. Por exemplo, para a compreensão da relação entre decisões dependentes da percepção sensorial e da função motora (pense no que está envolvido em decidir para que lado desviar de um carro que se aproxima).
Os pesquisadores também esperam que o COSMOS seja um método de baixo custo para avaliar os efeitos de medicamentos psiquiátricos, de modo que eles possam ser desenvolvidos para serem mais eficazes funcionalmente.
Como já abordamos em um post anterior, um grande avanço para DeepMind veio da imitação das colunas neocorticais da mente humana. Isso levou a um aumento significativo da inteligência usando uma fração do poder computacional. Como resultado, essa IA modelada segundo o modelo humano superou os melhores jogadores de xadrez, Go e eSports do mundo em seus respectivos jogos.
Embora não seja totalmente compreendido, o sono desempenha uma função crítica para o cérebro de mamíferos e humanos, e problemas graves surgem sempre que privação de sono . Este ano, o Laboratório Nacional de Los Alamos descobriu que as redes computacionais de sistemas de IA também sofrem um tipo de privação de sono, tornando-se instáveis quando operam por longos períodos sem descanso. No entanto, quando colocadas em um 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. As descobertas também sugerem que a convergência das disciplinas de neurociência e IA pode gerar uma nova era de computadores superinteligentes.
Um minúsculo dispositivo cerebral foi utilizado 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 estudo clínico implantou a nova microtecnologia no cérebro dos participantes.
O dispositivo, chamado Stentrode™, foi inserido no pescoço por meio de uma cirurgia minimamente invasiva e, de lá, conduzido até o córtex motor através dos vasos sanguíneos. Esse método minimamente invasivo evita os riscos e as complicações pós-operatórias associadas à cirurgia cerebral aberta.
O implante utiliza tecnologia sem fio para transmitir a atividade neuronal específica para um computador, onde ela é convertida em ações com base nas intenções dos pacientes. Incrivelmente, esse minúsculo chip permitiu que os pacientes realizassem ações como clicar e ampliar, e escrever com 93% de precisão, ajudando-os a fazer coisas que consideramos corriqueiras, como enviar mensagens de texto, e-mails e fazer compras online.
Ainda é muito cedo, mas a natureza minimamente invasiva do tratamento demonstra o grande potencial das microneurotecnologias para auxiliar pessoas com todos os tipos de deficiência cognitiva.
Em 2018, relatamos que cientistas aprenderam a reprogramar células-tronco em neurônios específicos. Este ano, pesquisadores de quatro universidades americanas diferentes deram um passo ainda maior rumo ao objetivo final da extensão da vida. Ao identificar redes de genes que regulam a regeneração celular, eles conseguiram manipular células normais para que se transformassem em células progenitoras, as quais podem se diferenciar em qualquer tipo de célula para substituir as células moribundas.
A prova de conceito foi realizada com células da glia do peixe-zebra, convertendo-as efetivamente em células-tronco que, por sua vez, detectaram e restauraram células da retina danificadas para recuperar a visão comprometida.
A morte celular, ou apoptose, desempenha um papel importante no inevitável processo natural de envelhecimento em humanos. Os pesquisadores acreditam que o processo de regeneração de neurônios no cérebro será semelhante. Se bem-sucedido, terá vastas implicações para doenças como o Alzheimer, em que grandes regiões do cérebro podem ser perdidas devido à morte de neurônios. Também poderá desempenhar um papel na prevenção de muitos efeitos colaterais do envelhecimento natural no cérebro, permitindo uma vida mais longa e saudável, em plena forma física, na velhice.
Em vez de substituir as células moribundas, cientistas da Universidade de Heidelberg identificaram processos-chave envolvidos na morte de células cerebrais, chamada neurodegeneração. A pesquisa envolveu a descoberta do processo pelo qual a captação celular de glutamato previne a morte celular em pessoas saudáveis, mas se torna inativa em estados patológicos como o AVC, nos quais o suprimento de oxigênio para as células cerebrais fica restrito.
Na prática, isso leva as células à autodestruição simplesmente porque não recebem os sinais químicos corretos para permanecerem vivas. Os pesquisadores então desenvolveram uma classe especial de inibidores que podem intervir e desativar o "complexo da morte" celular antes que ele ocorra.
Os inibidores demonstraram ser altamente eficazes na proteção das células nervosas, o que poderá levar a uma nova classe de opções de tratamento para doenças neurodegenerativas.
Pesquisadores da Universidade de Aarhus utilizaram técnicas avançadas de imagem PET e MRI para revelar que a doença de Parkinson pode, na verdade, apresentar duas variantes diferentes.
Em uma variante, a doença começa nos intestinos e se espalha para o cérebro através de conexões neurais. Na outra, começa no cérebro e depois se espalha para os intestinos e outros órgãos. Este vídeo oferece uma ótima visão geral.
Embora não seja curativo, é um grande passo na direção certa para identificar o início da doença em estágios iniciais e possibilitar medidas preventivas. Por exemplo, pode levar a tratamentos que impeçam a doença de chegar ao cérebro, onde seus efeitos se tornam debilitantes com o tempo. É também mais uma peça fundamental no quebra-cabeça da poderosa simbiose entre nossos intestinos e nossa mente, conhecida cientificamente como eixo intestino-cérebro.
Cientistas da Universidade de Cambridge e do Imperial College London desenvolveram um novo tipo de algoritmo de IA capaz de 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 por especialistas, e isso precisa incluir a avaliação conjunta de múltiplas tomografias ao longo do tempo para acompanhar as trajetórias de recuperação ou a progressão da doença. Essa nova ferramenta de IA parece ser melhor do que especialistas humanos na detecção dessas mudanças, além de ser muito mais rápida e barata.
Por exemplo, a pesquisa demonstrou que o software é altamente eficaz na quantificação automática da progressão de múltiplos tipos de lesões cerebrais, ajudando a prever quais lesões aumentariam de tamanho. A aplicação inovadora desse tipo de IA para auxiliar a análise humana provavelmente será a primeira de muitas que transformarão o diagnóstico médico de maneira economicamente viável.
Os superidosos são indivíduos cujas habilidades cognitivas superam em muito as de seus pares na velhice, mantendo capacidades mentais juvenis até os 70 e 80 anos. Até agora, o segredo para manterem essa forma física excepcional tem sido pouco compreendido.
O Hospital Universitário de Colônia e o Centro de Pesquisa de Jülich descobriram uma diferença fundamental em sua biologia. Usando tomografia por emissão de pósitrons (PET), eles revelaram que os superenvelhecidos apresentam uma resistência acentuadamente maior às tau e amiloide. Até recentemente, essas proteínas eram difíceis de estudar.
Os superidosos também apresentam níveis mais baixos de patologia tau e amiloide, o que, por sua vez, leva a vários tipos de neurodegeneração na maioria das pessoas na terceira idade. Agora foi identificado que a menor resistência ao acúmulo de tau e amiloide é um fator biológico primário para a perda do auge da capacidade cognitiva.
Novas pesquisas podem se concentrar nesses processos para encontrar maneiras de possivelmente curar o declínio mental em geral, bem como ajudar a desenvolver terapias para proteger contra formas de demência que já estão ocorrendo.
Esperamos que tenha achado estes destaques da neurociência interessantes. Se tiver interesse em saber mais sobre o ritmo notável do progresso na neurociência, leia também nossos artigos sobre os principais acontecimentos dos últimos três anos.
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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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