Cientistas criam modelo de computador que reproduz conexões neurais

Um grupo de cientistas reconstruiu, em um modelo de computador, uma parte do córtex cerebral de um rato identificando as conexões entre os neurônios, um avanço considerado fundamental para entender o funcionamento do cérebro dos mamíferos, segundo estudo publicado esta semana.

"É um grande avanço, visto que sem isto seriam necessárias décadas ou inclusive séculos para determinar o lugar de cada sinapse (conexão entre os neurônios) no cérebro", explicou Henry Markram, diretor do projeto denominado "Blue Brain", da Escola Politécnica de Lausanne, na Suíça.

"A partir de agora será muito mais fácil construir modelos informáticos precisos", acrescentou o pesquisador, cujo trabalho foi publicado na revista Ata da Academia Nacional de Ciências dos Estados Unidos (PNAS), em sua edição de 17 a 21 de setembro.

O objetivo do projeto, iniciado em 2005, é reproduzir virtualmente o cérebro de um mamífero até 2018. Um dos grandes desafios da neurociência é construir um mapa de sinapses entre os neurônios, um projeto denominado "Connectome", que permitiria explicar os fluxos de informação no cérebro, o que se considera o Santo Graal da pesquisa neste campo.O cérebro humano tem centenas de milhões de neurônios e um número infinitamente maior de sinapses.

Para reconstruir virtualmente em três dimensões um microcircuito do córtex cerebral do rato, os cientistas pegaram dados compilados durante vinte anos em amostras do tecido cerebral, nos quais determinaram a forma e as propriedades elétricas dos diferentes neurônios, as células do sistema nervoso cerebral.

Usando o supercomputador da IBM conhecido como Blue Gene, os cientistas traduziram todas as propriedades biológicas a dados matemáticos para fazer um modelo de 10.000 neurônios conectados entre si, com 30 milhões de sinapses e vários quilômetros de fibras.

Assim, constataram que a distribuição das sinapses virtuais do estudo correspondiam de 75% a 95% do real no caso dos ratos, o que valida o seu modelo. Também demonstraram a possibilidade de poder antecipar, em grande medida, a distribuição de sinapses ou o circuito elétrico no cérebro dos mamíferos.[Fonte: Terra]

Cientista brasileiro conecta cérebros de ratos em continentes diferentes

Ao criar o que foi descrito como um "supercérebro" de mentes conectadas, o cientista paulista Miguel Nicolelis afirmou nesta quinta-feira que conseguiu fazer com que um rato ajudasse outro companheiro roedor, embora os animais estivessem em continentes diferentes, conectados através de eletrodos cerebrais.

Com eletrodos instalados em seu córtex, um rato em um instituto de pesquisa da cidade de Natal enviou sinais via internet para outro roedor de um laboratório de uma universidade em Durham, na Carolina do Norte, ajudando o segundo animal a obter uma recompensa.

A façanha abre a perspectiva de conectar os cérebros entre os animais para criar um "computador biológico", afirmou o neurobiólogo. Isso também é uma ferramenta na missão de capacitar pacientes que sofrem de paralisia ou de síndrome de encarceramento, explicou.

"Estabelecemos uma ligação funcional entre dois cérebros. Criamos um supercérebro que compreende dois cérebros", disse Nicolelis em entrevista por telefone à AFP.

Com sua pesquisa publicada na revista Scientific Reports, a equipe de Nicolelis forneceu um treinamento básico para ratos com sede, que precisaram reconhecer luzes e operar uma alavanca para receber uma recompensa de água.

Eles, então, implantaram eletrodos ultrafinos nos cérebros dos ratos, que estavam ligados por um cabo a um computador. Em um tanque de vidro em Natal, o primeiro rato foi o "codificador", e seu cérebro enviava um fluxo de impulsos elétricos conforme ele descobria os truques para obter a recompensa.

Os impulsos foram enviados em tempo real para o córtex do segundo rato, o "decodificador", que estava diante da mesma situação em um tanque na Carolina do Norte. Com estas sugestões de seu camarada, o rato decodificador descobriu rapidamente como obter a recompensa.

"Os dois animais colaboraram para resolver uma tarefa juntos", ressaltou o pesquisador. O que o segundo rato recebeu não foram pensamentos, nem mesmo imagens, disse Nicolelis. Quando o rato codificador conseguiu cumprir várias tarefas, os picos dos sinais em seu cérebro foram transcritos para um padrão intrigante de sinais eletrônicos, que foram recebidos pelo rato decodificador.

Depois que o rato descobriu a utilidade destes padrões, eles se incorporaram ao seu processamento visual e tátil. "O segundo rato aprende a reconhecer um padrão, um padrão estatístico, que descreve uma decisão tomada pelo primeiro rato. Ele está criando uma associação daquele padrão com uma decisão", explicou o pesquisador brasileiro.

"Ele pode estar sentindo um pequeno estímulo tátil, mas é algo que não sabemos como descrever porque não podemos questionar a cobaia". "A ligação sugere que poderíamos criar uma rede cerebral, formada de cérebros juntos, todos interagindo", afirmou o cientista, apressando-se em ressaltar que este será um experimento que será conduzido apenas em animais de laboratório, e não em seres humanos.

"Se você conectar cérebros de vários animais, cérebros de ratos ou cérebros de primatas, você provavelmente poderia criar um computador biológico que é uma máquina não Turing, uma máquina que não trabalhe de acordo com o projeto de Turing de todos os computadores digitais que conhecemos. Seria heurístico, não usaria um algoritmo e utilizaria um processo decisório probabilístico baseado em um hardware biológico".

Ainda não está claro como o animal decodificador incorpora os sinais do codificador em seu espaço mental, um fenômeno conhecido como plasticidade cortical. "Nós basicamente mostramos que o animal decodificador pode incorporar outro corpo como extensão do mapa que o animal tem em sua próprio cérebro", disse Nicolelis, acrescentando, no entanto: "Nós não sabemos como isso é feito".

Nicolelis desenvolve pesquisas na Universidade de Duke, em Durham, e no Instituto Internacional de Neurociências de Natal Edmond e Lily Safra, ou IINN-ELS. Uma década atrás, ele se destacou ao realizar um trabalho pioneiro ao fazer com que macacos de laboratório movimentassem um braço robótico através de impulsos cerebrais.

Sua mais recente pesquisa deve contribuir para isso, afirmou: "Estamos aprendendo maneiras de interagir e enviar mensagens para o cérebro dos mamíferos que serão fundamentais para os nossos objetivos de reabilitação médica".

Seu próximo objetivo é fazer com que um paciente paraplégico dê o pontapé inicial oficial da Copa do Mundo de futebol de 2014 no Brasil através de uma interface cérebro-máquina para ativar um membro artificial. [Fonte: Terra]