243: Cérebro humano pode operar em 11 dimensões

 

Neuro-cientistas aproveitaram um ramo clássico da matemática de uma forma totalmente nova para avaliar a estrutura do cérebro. E através da topologia algébrica descobriram que o principal órgão do sistema nervoso está cheio de estruturas geométricas multi-dimensionais e pode operar em até onze dimensões.

Estamos acostumados a ver o mundo por uma perspectiva tridimensional, o que pode parecer estranho ou difícil de conceber. Porém, os resultados do estudo, publicado na Frontiers of Computational Neuroscience, podem ser um próximo passo importante na compreensão dos tecidos do cérebro humano – a estrutura mais complexa que conhecemos.

Este novo modelo de cérebro foi produzido por uma equipa de investigadores do projeto Blue Brain, uma iniciativa da pesquisa suíça dedicada a elaborar uma reconstrução do cérebro humano via supercomputador.

A equipa utilizou topologia algébrica, um ramo da matemática aplicado no sentido de descrever as propriedades de objetos e espaços, independentemente de como mudam de forma.

A equipa descobriu que os grupos de neurónios se conectam em “panelinhas”, ou seja, em grupos afins, e que o número de neurónios numa mesma “panelinha” determinaria o seu tamanho como um objeto geométrico de alta dimensão.

Encontramos um mundo que nunca tínhamos imaginado. Existem dezenas de milhões destes objetos, mesmo numa pequena mancha do cérebro, através de sete dimensões. Em algumas redes, até encontramos estruturas com até onze dimensões”, disse o líder da pesquisa, Henry Markram, neurocientista do Instituto EPFL, na Suíça.

Estima-se que os cérebros humanos contenham um impressionante total de 86 mil milhões de neurónios, com conexões múltiplas entre cada célula e emaranhadas por todas as direções possíveis. Estes formam, desse modo, a vasta rede celular que, de alguma forma, faz com que as pessoas sejam capazes de pensar e de desenvolver a consciência.

Diante de uma quantidade tão imensa de conexões para serem analisadas, não é de admirar que ainda não seja possível compreender, de forma minuciosa, como opera a rede neural do cérebro. Porém, a nova estrutura matemática construída pela equipa conduz-nos alguns passos mais à frente para, um dia, desenvolver um modelo de cérebro digital.

Procedimento

Para realizar os testes matemáticos, a equipa usou um modelo detalhado de neocórtex publicado pelo projeto Blue Rain, em 2015. O neocórtex é considerado a parte mais recentemente desenvolvida dos nossos cérebros no processo evolutivo e envolve-se em algumas das nossas funções mais complexas, como a cognição e a percepção sensorial.

Depois de desenvolver a linha teórica matemática e de testá-la nos seus estímulos virtuais, os cientistas também confirmaram os resultados em tecidos cerebrais reais de cobaias.

De acordo com o estudo, a topologia algébrica fornece ferramentas matemáticas para identificar detalhes da rede neural, tanto numa visão aproximada ao nível dos neurónios individuais quanto numa escala maior, na estrutura cerebral como um todo.

Ao conectar esses dois pontos de vista, os investigadores podiam distinguir as estruturas geométricas de alta dimensão no cérebro, formadas por coleções de neurónios hermeticamente conectados (cliques) e por espaços vazios (cavidades) entre eles.

“Encontramos um número extraordinariamente alto e uma ampla variedade de cliques e cavidades ordenadas de alta dimensão, que jamais foram vistas antes em redes neurais, nem biológicas ou artificiais”, escreveram os pesquisadores no estudo.

“A topologia algébrica é como um telescópio e um microscópio ao mesmo tempo. É possível ampliar as redes para encontrar estruturas ocultas – as árvores na floresta – e ver os espaços vazios e as clareiras, tudo ao mesmo tempo”, diz uma das cientistas, Kathryn Hess, da EPFL.

Essas clareiras, ou cavidades, parecem ser criticamente importantes para a função cerebral. Quando os cientistas deram um estímulo ao tecido do cérebro virtual, perceberam que os neurónios estavam a reagir de maneira altamente organizada.

“É como se o cérebro reagisse a um estímulo ao construir e depois destruir uma torre de blocos multidimensionais, começando com hastes (unidimensionais), pranchas (bidimensionais), cubos (tridimensionais) e, enfim, geometrias mais complexas com 4D, 5D, etc.”, diz um dos cientistas, o matemático Ran Levi, da Universidade Aberdeen, na Escócia.

“A progressão das atividades através do cérebro assemelha-se a um castelo de areia multidimensional, que se materializa fora da areia e, depois, se desintegra”, acrescenta Levi.

Estas descobertas fornecem uma nova imagem tentadora de como o cérebro processa as informações, mas os investigadores pontuaram algo que ainda não está claro: o que faz os cliques e as cavidades formarem-se das suas maneiras altamente específicas.

Será necessário mais trabalho e mais pesquisas para determinar como a complexidade dessas formas geométricas multidimensionais formadas pelos nossos neurónios se correlacionam com a complexidade das diversas tarefas cognitivas.

Mas, definitivamente, esta não será a última vez que teremos notícias de novos insights que a topologia algébrica nos pode fornecer sobre o cérebro – o mais misterioso de entre os órgãos humanos.

ZAP // HypeScience

Por HS
17 Junho, 2017

 

229: Descoberto como eliminar primeiros sintomas de Alzheimer

 
Rodrigo Cunha investigador que coordena a equipa internacional |  site da UC

Rodrigo Cunha investigador que coordena a equipa internacional | site da UC

Universidade de Coimbra anunciou a descoberta alcançada em modelos animais foi feita por uma equipa internacional liderada por um português

Uma equipa internacional coordenada pelo investigador português Rodrigo Cunha descobriu como eliminar os primeiros sintomas da doença de Alzheimer em modelos animais, anunciou hoje a Universidade de Coimbra (UC).

A descoberta foi possível porque “pela primeira vez os cientistas focaram o estudo na causa dos primeiros sintomas da doença”, que são as perturbações na memória, causadas por modificações da chamada “plasticidade das sinapses no hipocampo”.

“O hipocampo desempenha um papel essencial na memória, funcionando como o gestor do gigantesco centro de informação recebida pelo cérebro. Das dezenas de milhões de sinais recebidos, o hipocampo tem de seleccionar a informação relevante e validá-la, atribuindo-lhe uma espécie de ‘carimbo de qualidade’. Quando ocorrem falhas, este gestor assume que toda a informação é irrelevante”, segundo uma nota da UC.

Sendo as sinapses “as responsáveis pela transmissão de informação no sistema nervoso”, ao garantirem a comunicação entre neurónios, “a equipa utilizou um modelo animal duplo mutante (com a modificação de dois genes da proteína APP, que causam doença de Alzheimer em humanos) para rastrear toda a actividade destas ligações e identificar o que impede o hipocampo de processar e gerir correctamente” a informação obtida.

O estudo, entretanto publicado na revista científica “Nature Communications”, foi coordenado por Rodrigo Cunha, do Centro de Neurociências e Biologia Celular e da Faculdade de Medicina da UC, tendo a equipa integrado 15 investigadores portugueses e franceses.

Os resultados desta investigação representam “um avanço extraordinário para o desenvolvimento de estratégias de combate à doença de Alzheimer, pois conseguiu-se recuperar o funcionamento sináptico”, afirma Rodrigo Cunha, citado na nota.

O cientista de Coimbra entende que, “do ponto de vista ético, é criticável se não se prosseguir para ensaios” em humanos e garante que estes são seguros para os doentes.

Na sua opinião, existem em Coimbra “todas as condições para avançar”, embora seja necessário assegurar financiamento para o efeito.

Financiado pelo Prémio Mantero Belard de Neurociências da Santa Casa da Misericórdia de Lisboa e pela Association Nationale de Recherche de França, o estudo foi desenvolvido ao longo de três anos.

Diário de Notícias
22 DE JUNHO DE 2016
15:18
Lusa

205: Equipa descobre antibiótico contra bactéria responsável por infecções hospitalares

 

Uma equipa internacional de investigadores descobriu um antibiótico eficaz contra a bactéria responsável por grande parte das infecções que se contraem nos hospitais (a Estafilococos Aureus), um micro-organismo resistente a quase todos os antibióticos.

dd21022015A divulgação da descoberta foi feita hoje pela agência de notícias espanhola EFE que revela que o novo antibiótico foi desenhado por uma equipa dirigida pela Universidade de Notre Dame (situada no estado norte-americano de Indiana) na qual participou também o Instituto de Química-Física Rocasolano, em Madrid.

A resistência das bactérias aos antibióticos é um problema de saúde mundial muito preocupante: «Há cada vez menos antibióticos novos e mais patogénicos super-resistentes», explicou Juan A. Hermoso, o investigador do Departamento de Cristalografia do instituto madrileno e um dos autores do estudo.

Diário Digital
Diário Digital / Lusa
21/02/2015 | 13:00

Falhas de memória? “Investigação sem precedentes” aponta dedo a molécula

 

Descoberta é determinante para o Alzheimer, doença incurável caracterizada pela perda de memória, nomeadamente “para o desenvolvimento de novos fármacos para o tratamento da demência mais comum”.

rr13012015Uma equipa de duas dezenas de investigadores de Portugal, Holanda, Estados Unidos e China acaba de identificar o “possível responsável pelo surgimento de problemas de memória”.

A equipa descobriu que “os receptores A2A para a adenosina” têm “um papel crucial no surgimento de problemas de memória”, anunciou a Universidade de Coimbra, esta terça-feira.

A adenosina é a “molécula que funciona como sinal de stress no funcionamento de vários sistemas do organismo, especialmente no cérebro”.

Esta é uma “investigação sem precedentes”, sublinha a universidade, adiantando que o estudo, envolvendo especialistas da Faculdade de Medicina e do Centro de Neurociências e Biologia Celular da UC, vai ser publicado no Molecular Psychiatry, “o mais importante jornal internacional da área da psiquiatria”.

A investigação, desenvolvida com “modelos animais (ratinhos) saudáveis”, permitiu verificar, pela primeira vez, que o funcionamento em excesso dos receptores A2A (“localizados na membrana dos neurónios”) é “suficiente para causar distúrbios na memória”, salienta a mesma nota.

Para conseguir a máxima precisão na informação sobre o comportamento dos ratinhos durante as experiências, os especialistas de Coimbra envolvidos no estudo criaram “um dispositivo inovador para, através da utilização de uma técnica de optogenética (técnica que não existe na natureza e que utiliza a luz para actuar e controlar ocorrências específicas em sistemas biológicos), activar este receptor de adenosina e controlar de forma única o comportamento dos circuitos neuronais”.

Assim, “no exacto momento em que os modelos animais desempenhavam as tarefas de memória, foi possível verificar, inequivocamente, que uma simples activação intensa do receptor A2A era suficiente para provocar danos no circuito e gerar problemas de memória”, explica Rodrigo Cunha, coordenador da equipa portuguesa.

Esta descoberta é determinante para o Alzheimer, doença incurável caracterizada pela perda de memória, nomeadamente “para o desenvolvimento de novos fármacos para o tratamento da demência mais comum”, sustenta o mesmo responsável.

“Os investigadores já sabem o caminho a seguir”, conclui Rodrigo Cunha, recordando que “seis anteriores estudos epidemiológicos (alguns europeus) distintos” já tinham confirmado que “o consumo de cafeína diminui a probabilidade de desenvolver Alzheimer e que age sobre os receptores A2A (a cafeína liga-se aos receptores e impede o perigo)”.

In Rádio Renascença online
13-01-2015 10:04

164: Circuitos neurais de cada lado do cérebro controlam movimentos do corpo contrários

 

Investigadores descobriram, numa experiência com ratinhos, que dois circuitos neurais de cada um dos lados do cérebro controlam os movimentos contrários do corpo, ajudando a explicar o que sucede quando há uma doença do movimento, como a de Parkinson.

dd08072014O estudo, cujos resultados são hoje publicados na revista Nature Communications, foi conduzido por uma equipa de cientistas do Programa Neurociências da Fundação Champalimaud.

«Pensava-se que o circuito directo do hemisfério direito [do cérebro] promovia movimentos do outro lado e o circuito indirecto inibia esses movimentos. O que descobrimos é que ambos os circuitos de um lado do cérebro controlam o movimento do outro lado», referiu à agência Lusa o neurocientista e coordenador do estudo, Rui Costa.

Pessoas que tiveram, por exemplo, um Acidente Vascular Cerebral (AVC) ou que têm doenças do movimento, como a de Parkinson, não conseguem mexer o braço ou a boca do lado contrário à parte do cérebro lesionada.

«Uma pessoa que teve um AVC no hemisfério direito [do cérebro] não consegue mexer o braço esquerdo e vice-versa», ilustrou o investigador.

Segundo Rui Costa, existem «estruturas no cérebro que, danificadas, fazem com que as pessoas percam a capacidade de fazer movimentos».

As estruturas em causa chamam-se gânglios da base, localizados por baixo do córtex do cérebro e que têm neurónios (células do sistema nervoso).

São os gânglios da base que «ajudam a coordenar normalmente os movimentos». Havendo uma lesão, «o movimento não existe», precisou o neurocientista.

Rui Costa adiantou que, se for inibida a actividade de ambos os circuitos neurais dos gânglios da base – circuito directo e circuito indirecto – de um dos lados do cérebro, o movimento «deixa de acontecer» numa parte do corpo contrária, ao passo que se for estimulada essa actividade o movimento ocorre.

Na experiência com ratinhos, que, a seu ver, pode servir de base para explicar o comportamento das células do sistema nervoso humano, a actividade dos neurónios dos gânglios da base foi estimulada ou inibida com um tipo de proteínas que se encontram no olho – as rodopsinas – e que respondem à luz.

As proteínas foram inseridas no cérebro de roedores saudáveis com vírus geneticamente modificados «que vão especificamente» para os neurónios.

A equipa de cientistas mediu movimentos normais do corpo, da cabeça dos ratinhos – para a esquerda e para a direita – e registou o que acontecia quando a proteína inibia ou estimulava a actividade dos circuitos neurais do cérebro.

Para tal, socorreu-se da optogenética, uma técnica que combina a luz óptica, genética e bioengenharia e que permite o estudo dos circuitos neurais.

O próximo passo da investigação será perceber que partes específicas do cérebro controlam, por exemplo, os movimentos da boca.

Um dos desafios para os neurocientistas, de acordo com Rui Costa, consistirá, no futuro, em gravar a actividade dos gânglios da base de doentes de Parkinson com estimulação cerebral profunda – com eléctrodos que foram colocados no cérebro numa cirurgia.

In Diário Digital online
08/07/2014 | 10:00

Nova técnica pode acabar com o uso das brocas no dentista

 

Investigação

Treme de pavor de cada vez que tem de se sentar na cadeira do dentista para enfrentar a maldita broca? Investigadores do King’s College, em Londres, descobriram uma solução.

observador16062014Investigadores do King’s College of London desenvolveram uma nova técnica de tratamento dentário que pode vir a acabar como uso da broca no dentista, fazendo com que o dente se regenere a ele mesmo. De acordo com a imprensa internacional, a técnica, que pode chegar aos consultórios dentro de três anos, acelera o movimento natural de cálcio e minerais no dente danificado.

Passa por aplicar um ‘cocktail’ de minerais e, em seguida, usar uma pequena corrente eléctrica para os accionar em profundidade no dente. Esta mineralização eléctrica, um processo que não induz dor, pode reduzir a cárie dentária e evitar injecções ou a perfuração com as brocas habitualmente usadas para tratar dentes infectados, que são muitas vezes motivo de receio no momento de consultar o dentista.

Contudo, segundo Nigel Pitts, um dos investigadores, a técnica não poderá vir a ser aplicada em grandes cáries, consideradas em “fase terminal”. Citado pela cadeia BBC, Nigel Pitts afirmou que foi já criada uma empresa para converter esta tecnologia num produto comerciável e que poderá chegar aos consultórios dentro de cerca de três anos.

Observador
16/06/2014

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