Sinal no cérebro humano revela seu poder oculto

Descoberto um novo tipo de sinal no cérebro humano, mediado por cálcio, que pode aumentar o poder computacional dos neurônios.

por Junior
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Cientistas descobriram uma forma única de comunicação celular no cérebro humano, revelando o quanto ainda não sabemos sobre seu funcionamento interno. Essa descoberta sugere que nossos cérebros podem ser unidades de computação ainda mais poderosas do que pensávamos.

Em 2020, pesquisadores da Alemanha e da Grécia encontraram um mecanismo nas células corticais do cérebro que produz um novo sinal ‘graduado’ por conta própria. Isso pode dar aos neurônios outra maneira de realizar suas funções lógicas.

Medindo a atividade elétrica no tecido cerebral de pacientes com epilepsia e analisando sua estrutura com microscopia fluorescente, os cientistas descobriram que as células corticais usavam não apenas os íons de sódio usuais para ‘disparar’, mas também cálcio. Essa combinação de íons positivamente carregados desencadeou ondas de voltagem nunca vistas antes, chamadas potenciais de ação dendríticos mediados por cálcio (dCaAPs).

Os cérebros e os computadores são frequentemente comparados. Claro, a analogia tem seus limites, mas eles realizam tarefas de maneiras semelhantes. Ambos usam voltagem elétrica para várias operações. Os computadores usam um fluxo simples de elétrons através de transistores. Os neurônios usam uma onda de canais que se abrem e fecham, trocando partículas carregadas como sódio, cloreto e potássio, criando o que é chamado de potencial de ação. Os neurônios gerenciam essas mensagens quimicamente nas extremidades dos ramos chamados dendritos.

“Dendritos são cruciais para entender o cérebro porque determinam o poder computacional de neurônios individuais”, disse o neurocientista Matthew Larkum da Universidade Humboldt em 2020. Os dendritos são os semáforos do nosso sistema nervoso. Se um potencial de ação é significativo o suficiente, ele pode ser passado para outros nervos, que podem bloquear ou passar a mensagem adiante.

Essa é a base lógica do nosso cérebro – ondas de voltagem que se comunicam em duas formas: uma mensagem E (se x e y forem acionados, a mensagem é passada) ou uma mensagem OU (se x ou y forem acionados, a mensagem é passada). Em nenhum lugar isso é mais complexo do que na densa e enrugada camada externa do cérebro humano – o córtex cerebral. As camadas mais profundas, segunda e terceira, são especialmente espessas, cheias de ramos que lidam com funções de ordem superior, como sensação, pensamento e controle motor.

Os pesquisadores examinaram de perto os tecidos dessas camadas, conectando as células a um dispositivo chamado clamp de patch somatodendrítico para enviar potenciais ativos para cima e para baixo em cada neurônio, registrando seus sinais. “Houve um momento ‘eureka’ quando vimos os potenciais de ação dendríticos pela primeira vez”, disse Larkum.

Para garantir que as descobertas não fossem únicas para pessoas com epilepsia, eles verificaram novamente os resultados com amostras de tumores cerebrais. Embora experimentos semelhantes em ratos mostrassem sinais diferentes, os sinais observados nas células humanas eram únicos. Mais importante, quando usaram um bloqueador de canais de sódio chamado tetrodotoxina, ainda encontraram um sinal. Só bloqueando o cálcio toda a atividade parou.

Encontrar um potencial de ação mediado por cálcio já é interessante, mas modelar como esse novo sinal funcionava no córtex revelou uma surpresa. Além das funções lógicas E e OU, esses neurônios poderiam atuar como interseções ‘exclusivas’ OU (XOR), que só permitem um sinal quando outro sinal é graduado de uma maneira particular.

“Tradicionalmente, pensava-se que a operação XOR exigia uma solução em rede”, observaram os pesquisadores.

Mais pesquisas são necessárias para ver como os dCaAPs se comportam em neurônios inteiros e em sistemas vivos. Também não está claro se esse mecanismo é exclusivo dos humanos ou se existe em outros animais. A tecnologia está buscando inspiração no nosso sistema nervoso para desenvolver hardware melhor, e saber que nossas células individuais têm mais truques pode levar a novas maneiras de conectar transistores.

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