Cientistas descobriram uma forma única de mensagem celular que ocorre no cérebro humano que nunca foi vista antes. De forma empolgante, a descoberta sugere que nossos cérebros podem ser unidades de computação ainda mais poderosas do que imaginávamos.
No início do ano passado, pesquisadores de institutos na Alemanha e na Grécia relataram um mecanismo nas células corticais externas do cérebro que produz um novo sinal “graduado” por conta própria, que poderia fornecer aos neurônios individuais outra maneira de realizar suas funções lógicas.
Medindo a atividade elétrica em seções de tecido removidas durante a cirurgia em pacientes epilépticos e analisando sua estrutura usando microscopia fluorescente, os neurologistas descobriram que células individuais no córtex usavam não apenas os íons de sódio usuais para ‘disparar’, mas também o cálcio.
Essa combinação de íons carregados positivamente desencadeou ondas de voltagem nunca vistas antes, conhecidas como potenciais de ação dendrítica mediados por cálcio, ou dCaAPs.
Cérebros – especialmente aqueles da variedade humana – são freqüentemente comparados a computadores. A analogia tem seus limites, mas em alguns níveis eles realizam tarefas de maneiras semelhantes.
Ambos usam o poder de uma voltagem elétrica para realizar várias operações. Nos computadores, ele tem a forma de um fluxo bastante simples de elétrons através de interseções chamadas transistores.
Nos neurônios, o sinal está na forma de uma onda de abertura e fechamento de canais que trocam partículas carregadas, como sódio, cloreto e potássio. Esse pulso de íons fluindo é chamado de potencial de ação.
Em vez de transistores, os neurônios gerenciam essas mensagens quimicamente no final de ramos chamados dendritos.
“Os dendritos são fundamentais para a compreensão do cérebro porque estão no cerne do que determina o poder computacional de neurônios individuais”, disse o neurocientista Matthew Larkum da Universidade de Humboldt a Walter Beckwith na Associação Americana para o Avanço da Ciência em janeiro de 2020.
Os dendritos são os semáforos do nosso sistema nervoso. Se um potencial de ação for significativo o suficiente, ele pode ser transmitido a outros nervos, que podem bloquear ou transmitir a mensagem.
Esta é a base lógica do nosso cérebro – ondulações de voltagem que podem ser comunicadas coletivamente de duas formas: uma mensagem AND (se xey forem disparados, a mensagem é passada adiante); ou uma mensagem OR (se x ou y for acionado, a mensagem é passada adiante).
Indiscutivelmente, em nenhum lugar isso é mais complexo do que na seção externa densa e enrugada do sistema nervoso central humano; o córtex cerebral. A segunda e a terceira camadas mais profundas são especialmente espessas, repletas de ramos que realizam funções de alta ordem que associamos com sensação, pensamento e controle motor.
Foram os tecidos dessas camadas que os pesquisadores examinaram de perto, conectando células a um dispositivo chamado patch clamp somatodendrítico para enviar potenciais ativos para cima e para baixo em cada neurônio, gravando seus sinais.
“Houve um momento ‘eureka’ quando vimos os potenciais de ação dendrítica pela primeira vez”, disse Larkum.
Para garantir que qualquer descoberta não fosse exclusiva de pessoas com epilepsia, eles checaram seus resultados em um punhado de amostras retiradas de tumores cerebrais.
Embora a equipe tenha realizado experimentos semelhantes em ratos, os tipos de sinais que eles observaram zumbindo nas células humanas eram muito diferentes.
Mais importante, quando eles dosaram as células com um bloqueador do canal de sódio chamado tetrodotoxina, eles ainda encontraram um sinal. Somente bloqueando o cálcio todos ficaram quietos.
Encontrar um potencial de ação mediado pelo cálcio é interessante o suficiente. Mas modelar a maneira como esse novo tipo de sinal sensível funcionava no córtex revelou uma surpresa.
Além das funções lógicas do tipo AND e OR, esses neurônios individuais poderiam atuar como interseções OR ‘exclusivas’ (XOR), que só permitem um sinal quando outro sinal é graduado de uma maneira particular.
“Tradicionalmente, a operação XOR foi pensada para exigir uma solução de rede”, escreveram os pesquisadores.
Mais trabalho precisa ser feito para ver como os dCaAPs se comportam em neurônios inteiros e em um sistema vivo. Sem mencionar se é uma coisa humana ou se mecanismos semelhantes evoluíram em outras partes do reino animal.
A tecnologia também busca inspiração em nosso sistema nervoso para desenvolver um hardware melhor; saber que nossas células individuais têm mais alguns truques na manga pode levar a novas formas de transistores de rede.
Exatamente como essa nova ferramenta lógica comprimida em uma única célula nervosa se traduz em funções superiores é uma questão a ser respondida por futuros pesquisadores.
Publicado em 29/06/2021 03h17
Artigo original:
- https://www.sciencealert.com/a-never-before-seen-type-of-signal-has-been-detected-in-the-human-brain
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