O cérebro em detalhes inéditos

Novo método permite visualizar estruturas e conexões numa escala sem precedentes

RIO - Um novo método de obtenção e construção de imagens anatômicas em três dimensões vai permitir aos cientistas estudar o cérebro em uma escala sem precedentes, e seus inventores acreditam que ele fará pela neurociência o que equipamentos poderosos como o telescópio espacial Hubble fizeram pela astronomia e a compreensão de nosso Universo. Desenvolvida por pesquisadores de diversas instituições americanas, a técnica é capaz de fornecer detalhes com dimensões de nanômetros (milionésimos de milímetros) do órgão. Assim, mais do que mostrar os neurônios e outras estruturas cerebrais em si, suas imagens exibem as próprias conexões entre as células nervosas e o ambiente em seu entorno. No futuro, eles esperam que isso possibilite, por exemplo, comparar os cérebros de pessoas saudáveis com os de vítimas de esquizofrenia ou os de crianças normais com os de autistas, trazendo revelações sobre estes e outros distúrbios

Segundo os pesquisadores, no entanto, o novo método já deverá se provar fundamental para guiar ambiciosos projetos atuais que procuram desvendar o funcionamento do cérebro e da mente, como o europeu Projeto Cérebro Humano e a iniciativa americana BRAIN. O primeiro, lançado pela União Europeia no início de 2013, vai investir mais de 1 bilhão de euros (cerca de R$ 3,7 bilhões) ao longo de dez anos numa tentativa de criar uma simulação em supercomputador de todos os aspectos do órgão, da estruturação dos neurônios a sua genética, química e sinais elétricos. Já a segunda, anunciada pelo presidente Barack Obama poucos meses depois, prevê gastar recursos da ordem de US$ 100 milhões (cerca de R$ 340 milhões) anuais em estudos sobre o cérebro, numa “disputa” entre grupos dos dois lados do Atlântico que lembra a corrida espacial entre os EUA e a antiga União Soviética na segunda metade do século XX.

— Os dados anatômicos que poderemos produzir com este método serão muito importantes para orientar estes estudos — aposta Narayanan “Bobby” Kasthuri, professor da Escola de Medicina da Universidade de Boston e um dos desenvolvedores do método, apresentado em artigo publicado na edição desta semana da revista científica “Cell”. — Eles poderão identificar falhas nas suas premissas e incorporar os achados feitos com o método aos seus modelos.

1,6 MIL NEURÔNIOS EM 1,7 MIL SINAPSES

E mesmo o experimento limitado da apresentação do novo método já produziu informações que deverão forçar algumas alterações nestas premissas. Nele, os cientistas decidiram investigar uma parte microscópica da região do córtex cerebral de camundongos responsável por processar as sensações transmitidas por seus bigodes, que os ajudam a se orientar e são mais sensíveis que as pontas de nossos dedos. Só neste volume — de 0,13 milímetro cúbico e cem vezes menor do que um grão de areia, cortado em fatias de 29 nanômetros de espessura (limite da tecnologia atual) e depois unidas nas imagens em 3D com a ajuda de um software especial —, eles contaram 1,6 mil neurônios interagindo por meio de 1,7 mil sinapses, além de vários outros tipos de estruturas e células cerebrais e sanguíneas. Mais do que isso, no entanto, os cientistas verificaram que estas conexões entre neurônios não obedecem a chamada “Lei de Peter”, segundo a qual a proximidade física entre os neurônios é suficiente para presumir sua conectividade. No emaranhado do cérebro dos camundongos, os pesquisadores viram que neurônios que estão lado a lado podem muito bem não se comunicarem, enviando seus sinais para outros bem mais distantes.

— A complexidade do cérebro é muito maior do que jamais imaginamos — diz Kasthuri. — Tínhamos esta ideia clara de como deveria haver uma bela ordem na forma como os neurônios se conectam uns aos outros, mas se de fato observarmos o material não é nada disso. As conexões são tão bagunçadas que é difícil imaginar que elas obedeçam a um plano, mas verificamos e parece haver um claro padrão que não pode ser explicado pelo acaso.

E é justamente na busca deste padrão que o novo método pode se provar de enorme valia nos estudos que procuram montar o chamado conectoma, um mapa completo dos circuitos cerebrais e parte fundamental dos projetos para desvendar os segredos do funcionamento do cérebro e da mente, destaca Kasthuri:

— Uma das coisas que estão faltando nos estudos do cérebro é encontrar um tipo de padrão para o modo como suas células se conectam, e com dados anatômicos com este nível de detalhamento talvez possamos finalmente ver este padrão. E temos que lembrar que os padrões são uma maneira essencial para a ciência e os cientistas dissecarem como algo funciona.

Mas uma imagem 3D completa de um cérebro humano, com a análise de suas sinapses, nesta escala dos nanômetros ainda vai demorar pelo menos mais uma década para ser produzida, devido principalmente às limitações atuais nas capacidades de armazenamento e processamento de dados por computadores. Para se ter uma ideia do poder computacional que o novo método demanda, o mapeamento de um volume cerebral de apenas 1 milímetro cúbico produziria 2 milhões de gigabytes de dados ou mais e mesmo com o sistema automatizado de análise criado pelos pesquisadores, o trabalho levaria pelo menos dois anos. Como o cérebro humano tem, em média, um volume de 1,2 milhão de milímetros cúbicos, os dados gerados bateriam na casa dos yotabytes, ou 1 milhão de vezes o tráfego anual da internet hoje.

— É um número tão grande que não consigo nem imaginar — conta Kasthuri. — Por sorte, diversos campos de pesquisa, governos e empresas estão trabalhando com a mineração de enormes quantidades de dados e esperamos que a solução para este empecilho saia de alguns deles, além do contínuo desenvolvimento da tecnologia da informação que vimos nas últimas décadas.

Nova visão de como o cérebro se reorganiza após um traumatismo craniano

NEW YORK, Oct 07 – Após um traumatismo craniano, o córtex -- a parte do cérebro que "pensa" pode transferir algumas funções cerebrais das partes lesadas para as não-lesadas, de acordo com um estudo publicado no The Journal of Neuroscience.

Pesquisas anteriores demonstraram que as lesões cerebrais resultam em um processo chamado de "plasticidade", no qual o cérebro se reorganiza , com algumas áreas do cérebro aumentando de tamanho e assumindo funções de áreas próximas que foram danificadas.

Neste estudo, os Drs. Jayson Parker e Jonathan Dostrovsky da Universidade de Toronto em Ontario, no Canada, tentaram dar alguma luz acerca do papel do córtex e do tálamo na plasticidade. O tálamo, uma área profundamente localizada no cérebro, recebe informações acerca dos sentidos e dos movimentos do corpo, e passa essas informações para o córtex.

Os cientistas danificaram áreas específicas dos cérebros de ratos do sexo masculino e colocaram eletrodos cerebrais para monitorar quais eram as mudanças ocorridas em resposta às lesões.

Os pesquisadores descobriram que a destruição simultânea do córtex e do tálamo impedia que a reorganização da plasticidade ocorresse. Entretanto, se eles lesavam o tálamo, o que iniciava o processo da plasticidade, e esperavam por uma semana antes de lesar o córtex, eles não observavam alterações significativas na estrutura do tálamo, indicando que reorganização havia ocorrido.

Parker e Dostrovsky concluíram que para que áreas mais primitivas do cérebro (como o tálamo) se adaptem, exige necessidade de instruções mais evoluídas do cérebro – o córtex. Um córtex sem lesões pode enviar sinais que ajudem o tálamo a se adaptar da injúria, porém uma vez que as mudanças tenham ocorrido, o tálamo pode manter-se por si, dizem os pesquisadores.

Em uma entrevista com Reuters Health, Dostrovsky disse que este estudo somente se relaciona com a reorganização do tálamo e que "não é claro se a plasticidade em outros níveis (do cérebro) terá uma dependência semelhante do córtex".
Fonte: The Journal of Neuroscience 1999;19.

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