Investigando os mistérios dos neurônios

Por The New York Times |

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Projeto americando de mapeamento das células do cérebro promete ser um desafio científico mais complicado do que o sequenciamento do genoma humano e deve levar uma década

Michael Nagle/The New York Times
O neurocientista Rafael Yuste, de Columbia, é um dos envolvidos no mapeamento de todos os neurônios do cérebro

Ao estimular a pesquisa sobre o mapeamento da atividade do cérebro humano nos Estados Unidos, o presidente Barack Obama pode ter escolhido um desafio ainda maior do que o fim da guerra no Afeganistão ou da formação de uma base comum com seus adversários republicanos.

Em mais de um século de pesquisas científicas sobre as células interligadas que formam o cérebro, conhecidas como neurônios, os investigadores reconhecem que estão apenas começando a conhecer superficialmente um desafio científico que é indubitavelmente muito mais complicado do que o sequenciamento do genoma humano.

O governo Obama espera anunciar já no próximo mês a sua intenção de reunir os elementos necessários – e, o que é ainda mais desafiador, viabilizar o financiamento – para um projeto de pesquisa de uma década que terá o objetivo de construir um mapa abrangente da atividade cerebral. Atualmente, os cientistas estão longe de atingir essa meta. Antes mesmo de iniciar o processo, eles têm de desenvolver ferramentas para examinar o cérebro. E antes de desenvolver ferramentas que funcionem em seres humanos, deverão obter êxito ao fazê-lo em várias espécies mais simples – supondo que suas descobertas podem mesmo ser aplicadas a seres humanos.

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Além dos desafios tecnológicos e científicos, há uma série de questões que envolvem o armazenamento das informações reunidas pelos pesquisadores, e preocupações éticas sobre o que pode ser feito com os dados. Também não se sabe ao certo se a ciência vai avançar suficientemente rápido para atender os prazos considerados para o projeto, que está sendo chamado de Mapa da Atividade Cerebral. Muitos neurocientistas estão céticos quanto à possibilidade de uma iniciativa multibilionária de vários anos esclarecer os mistérios do cérebro. "Acredito que o paradigma científico subjacente a esse projeto de mapeamento é, na melhor das hipóteses, anacrônico e, na pior, simplesmente equivocado", disse Donald G. Stein , neurologista da Faculdade de Medicina da Universidade Emory, em Atlanta. "A busca de um roteiro de vias neurais estáveis como representativas das funções do cérebro é inútil."

No estado da arte da investigação de animais, é comum tirar amostras de cerca de mil neurônios simultaneamente. O cérebro humano tem entre 85 e 100 bilhões de neurônios. "No caso dos seres humanos, devemos desenvolver novas técnicas, algumas delas do zero", disse o Dr. Rafael Yuste, neurocientista da Columbia que foi pioneiro do uso de lasers para a medição da atividade dos neurônios no córtex de ratos. Um artigo publicado no ano passado no periódico Neuron descreveu uma maneira possível de mapear a atividade do cérebro humano. O artigo, assinado por seis renomados cientistas, propõe que o projeto comece com espécies que têm cérebros com um número bem baixo de neurônios e, então, trabalhe com animais cada vez mais complexos.

Os cientistas citaram o verme C. elegans, que até hoje é o único animal do qual há um mapa estático completo, ou "conectoma". O verme tem apenas 302 neurônios com sete mil ligações. Os autores propõem continuar a pesquisa estudando a mosca Drosophila, que tem 135 mil neurônios, o peixe-zebra, com cerca de um milhão de neurônios, o rato, e, em seguida, o musaranho-pigmeu, o menor mamífero de que se tem notícia, cujo córtex é composto de cerca de um milhão de neurônios.

Adquirir conhecimento sobre o cérebro humano, no entanto, é um desafio tão grande que um dos cientistas que participaram das sessões de planejamento, o neurocientista Terry Sejnowski, do Instituto Salk, chamou o desafio de "marcha dos milhões de neurônios".

Embora os pesquisadores tenham proposto uma ampla gama de tecnologias que podem ser aplicadas aos problemas, muitas delas ainda são protótipos ou baseadas em especulações. Algumas delas, como os nanorrobôs que estão sendo projetados em lugares como o laboratório do Instituto Wyss em Harvard, parecem ter saído diretamente de "Viagem Fantástica", filme de 1966 que imaginou a capacidade de reduzir submarinos e seres humanos – mais especificamente, Raquel Welch – para que fizessem viagens pelo corpo humano.

Além disso, muitas tecnologias hoje usadas para examinar a atividade do cérebro humano em alta resolução exigem que seja feita uma abertura no crânio, restringindo drasticamente as possibilidades. Há progressos que têm se beneficiado das técnicas disponíveis, mas apenas em um nível básico. Ainda assim, na semana passada, um grupo de neurocirurgiões da Universidade da Califórnia em São Francisco, publicou um artigo no periódico Nature a respeito de importantes novas descobertas relacionadas aos mecanismos da função da linguagem do cérebro humano. Essa pesquisa, que foi realizada com a permissão de três pessoas que sofriam crises epilépticas graves, implicou na instalação de uma densa malha sensorial de eletrodos na superfície de cérebro de cada participante. Cada um dos 264 eletrodos monitorava uma área que podia abranger milhões de neurônios, de acordo com o Dr. Edward F. Chang, neurocirurgião que liderou a equipe.

Apesar de a resolução do sensor não ser muito precisa, ele é quatro vezes mais potente do que o que havia sido utilizado até agora. Ele revelou como os centros da fala do córtex humano controlam a laringe, a língua, a boca, os lábios e a face, todos os quais estão envolvidos na produção dos sons que formam a fala humana. "Não acho que isso foi uma grande inovação tecnológica", disse Chang. "Mas é algo que demonstra o poder mesmo de avanços incrementais, mostrando como eles podem ter um impacto importante sobre o que podemos compreender."

O objetivo do grupo da Universidade da Califórnia é, em última análise, obter conhecimento suficiente do mecanismo da fala no cérebro para poder desenvolver próteses sofisticadas, possibilitando que as vítimas de paralisia ou derrame falem. É essa possibilidade – e outras mais – que tem entusiasmado os cientistas, motivando a pressão por uma iniciativa multibilionária de desenvolvimento de um mapa da atividade do cérebro humano, apoiada pelo governo dos EUA, em parceria com fundações e instituições de pesquisa.

O projeto se originou em uma pequena conferência científica realizada em Londres em setembro de 2011.

O encontro foi organizado por Miyoung Chun, biólogo molecular que é vice-presidente dos programas científicos da Fundação Kavli. Seu objetivo era reunir alguns dos melhores neurocientistas e nanocientistas do mundo e descobrir como eles podem trabalhar juntos, de acordo com Ralph J. Greenspan, biólogo molecular da Universidade da Califórnia, em San Diego, que participou da conferência.

Durante dois dias, os cientistas conversaram entre si durante a maior parte do tempo, lembrou ele. Então, George M. Church, geneticista molecular de Harvard que ajudou a dar início ao Projeto Genoma Humano em 1984, disse: "Tudo bem, já ouvi todos vocês dizendo o que conseguem fazer, mas não ouvi ninguém dizer o que realmente quer fazer".

"Eu quero conseguir registrar a atividade de cada um dos neurônios do cérebro ao mesmo tempo", respondeu Yuste.

No ano seguinte, foram divulgados dois documentos oficiais que clamavam por uma iniciativa conjunta e com amplo financiamento do governo. Kristof Koch e R. Clay Reid, do Instituto Allen de Ciência Cerebral, em Seattle, propuseram fazer um mapeamento completo do cérebro de camundongos. Além disso, em junho, seis cientistas, incluindo Church, Greenspan e Chun, escreveram o artigo publicado na revista Neuron. No outono passado, quando Thomas A. Kalil, vice-diretor da Secretaria de Política Científica e Tecnológica da Casa Branca, encontrou um grupo de neurocientistas em uma conferência, a ideia de um projeto amplo, conduzido por múltiplas agências do governo, decolou.

Os cientistas reconhecem que, além dos obstáculos científicos, o projeto do Mapa da Atividade Cerebral enfrenta desafios técnicos significativos.

Em uma reunião realizada em Pasadena, Califórnia, em 17 de janeiro, cujo objetivo era investigar as necessidades de armazenamento de dados do projeto de mapeamento proposto, cientistas da computação, neurocientistas e nanocientistas concluíram que seriam necessários três petabytes de capacidade de armazenamento para capturar a quantidade de informação gerada por apenas um milhão de neurônios em um ano.

Cada petabyte tem um milhão de gigabytes. O Grande Colisor de Hádrons, em Genebra, gera cerca de 10 petabytes de dados por ano. Se o cérebro contém entre 85 e 100 bilhões de neurônios, isso significa que o cérebro como um todo gera cerca de 300 mil petabytes de dados a cada ano.

O projeto tem uma faceta que certamente deve gerar polêmica: o fato de que os cientistas também estão desenvolvendo tecnologias de manipulação dos neurônios, aumentando o espectro não apenas de leitura da mente, mas de controle da mente. Os cientistas argumentam que é justamente o controle de neurônios que possibilita a obtenção de informações valiosas sobre o funcionamento do cérebro.

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