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A Mente ao Vivo e em Cores

Esta imagem do cérebro mostra pela primeira vez o fluxo de informações entre os neurônios com riqueza de detalhes. Ela abre caminho para explicar a origem do pensamento e das emoções.




Assombrar-se sob a imensidão do céu noturno, sentir o cheiro de grama e recordar-se de um momento da infância, distinguir em um rosto o sorriso amigo ou a máscara da indiferença, chorar ao assistir a um filme. Essas sensações e outras mais complexas, como o amor materno e a fé, são fruto de interações eletroquímicas dentro de uma massa de proteína e gordura de 1,4 quilo, o cérebro. Nunca os cientistas estiveram tão perto de explicar seu funcionamento. Com instrumentos cada vez mais preciosos, como os que produziram a imagem ao lado, as pesquisas avançam em ritmo tal que nossa geração será a primeira a cruzar a fronteira final da experiência intelectual humana e decifrar o enigma da origem das emoções, do pensamento abstrato e da consciência.

COMO UMA METRÓPOLE


O projeto Conectoma Humano, liderado por pesquisadores americanos, utiliza o que há de mais avançado em imagens do cérebro para identificar o caminho provável da comunicação entre os neurônios. - A pesquisa é feita com a reconstrução tridimensional da posição das fibras a partir da movimentação das moléculas da água, captada com aparelhos de ressonância magnética. concluído em 2003, que identificou todos os genes do DNA humano. Neste mês, o governo americano deve anunciar um investimento bilionário para incentivar essas pesquisas. Os 100 bilhões de neurônios, cada um ligado aos outros por meio de até 10000 sinapses, formam uma rede tão complexa que, quando for digitalizada, ocupará 1 trilhão de gigabytes de memória, o equivalente a mais da metade de todos os dados digitais produzidos em 2011 no mundo. Em comparação, o seqüenciamento do DNA cabe em 3 gigabytes. O grande salto de neurociência agora parece possível por causa dos avanços na tecnologia para a análise do cérebro - os aparelhos de ressonância magnética e os microscópios de alta resolução. Conhecer o conectoma é fundamental porque a genética, sozinha, não basta para definir as características do cérebro de uma pessoa. Os genes não gravam as memórias adquiridas ao longo de uma vida. Um tombo de bicicleta, o primeiro beijo ou o aprendizado de um segundo idioma não deixam sua assinatura na molécula de DNA. Se elas estão estocadas e podem ser recuperadas, o segredo disso se esconde no cérebro. "Não se sabe ao certo onde essas experiências estão abrigadas, mas um das teorias é que elas estão inscritas na - Essa movimentação da água no tecido cerebral indica a direção das fibras, que são identificadas por um padrão de cores na representação feita em computador chamada de tratografia. - Cada uma das fibras coloridas reúne milhares de axônios, os prolongamentos dos neurônios. O conjunto das ligações entre neurônios é chamado de conectoma. Os cientistas já tem um conhecimento avançado da anatomia do cérebro, mas não sabem como suas regiões se comunicam. Em uma dezena de instituições cientificas ao redor do mundo, foi dada a largada para um projeto ainda mais ambicioso que o do seqüenciamento do genoma,concluído em 2003, que identificou todos os genes do DNA humano. Neste mês, o governo americano deve anunciar um investimento bilionário para incentivar essas pesquisas. Os 100 bilhões de neurônios, cada um ligado aos outros por meio de até 10000 sinapses, formam uma rede tão complexa que, quando for digitalizada, ocupará 1 trilhão de gigabytes de memória, o equivalente a mais da metade de todos os dados digitais produzidos em 2011 no mundo. Em comparação, o seqüenciamento do DNA cabe em 3 gigabytes. O grande salto de neurociência agora parece possível por causa dos avanços na tecnologia para a análise do cérebro – os aparelhos de ressonância magnética e os microscópios de alta resolução.

Conhecer o conectoma é fundamental porque a genética, sozinha, não basta para definir as características do cérebro de uma pessoa. Os genes não gravam as memórias adquiridas ao longo de uma vida. Um tombo de bicicleta, o primeiro beijo ou o aprendizado de um segundo idioma não deixam sua assinatura na molécula de DNA. Se elas estão estocadas e podem ser recuperadas, o segredo disso se esconde no cérebro. “Não se sabe ao certo onde essas experiências estão abrigadas, mas um das teorias é que elas estão inscritas na combinação de impulsos eletroquímicos transmitidos de uma célula cerebral para a outra”, diz Olaf Sporns, professor da Universidade de Indiana. Foi ele o responsável, em 2005, pela criação do termo conectoma. Em uma analogia com DNA, o que Sporns está sugerindo é que as experiências sensoriais humanas modificam fisicamente, cada uma a sua maneira, certas porções do conectoma. Dessa forma, aprender a ler essas modificações no conectoma equivale a descobrir o alfabeto eletroquímico com o qual o cérebro organiza e arquiva desde a mais simples reação espontânea (afastar o dedo da chama de uma vela) até as mais sublimes, complexas e abstratas sensações (o nascimento do primeiro filho, a solução de um teorema ou o êxtase religioso dos santos). Tudo isso estaria gravado nessa teia aparentemente caótica de fibras neuronais. Os conetomas nada têm de caótico. Sua complexidade extrema obedece a um desenho altamente lógico e decifrável.

Em algumas situações, as conexões neurais são fortalecidas. Em outras, enfraquecidas. Assim o conectoma vai escrevendo e estocando a história das emoções e dos pensamentos de uma pessoa. Sebastian Seung, pesquisador do instituto de Tecnologia de Massachusetts (MIT), mostra em seu livro Connectome as evidências de que essas transformações neurais são regidas pelas experiências que vivemos, pelos nossos atos e até pelos nossos pensamentos. Em tese, portanto, o mapeamento da ligação entre os neurônios poderá servir como base para o desenvolvimento de exercícios capazes de “moldar” o conectoma de modo a dar ao cérebro capacidades nunca vislumbradas.

De imediato, os resultados desses estudos são úteis para outras pesquisas neurológicas em andamento. Esse é o caso de experimentos conduzidos pelo brasileiro Miguel Nicolelis, que unem a robótica à neurofisiologia. Na semana passada, a equipe de Nicolelis anunciou um avanço na interação cérebro-máquina: pela primeira vez, conseguiu-se transferir-se de um rato para outro. Os animais não estavam sequer no mesmo laboratório. Um estava nos Estados Unidos e o outro, no Brasil. Um implante eletrônico capturou a atividade cerebral do primeiro rato enquanto ele realizava uma tarefa, e a informação foi enviada pela internet e replicada por meio de eletrodos instalados no cérebro do outro roedor. Em 70% das vezes, o animal que recebeu os estímulos elétricos imitou o comportamento para qual não havia sido treinado.

O mapeamento da estrutura e das funções do cérebro já nos permite localizar com mais exatidão as áreas relacionadas a doenças psiquiátricas”, diz o paulistano Felipe Fregni, professor da Escola de Medicina de Harvard e diretor do Laboratório de Neuromodulação do Hospital de Reabilitação Spaulding, em Boston.

A maior parte do que se conhece sobre do cérebro provém de estudos de danos causados por lesões e tumores. O diagnóstico em saúde mental mudou muito nos últimos 100 anos. Ainda é conversando com o paciente que o médico determina a existência de stress pós-traumático, vício em drogas, ansiedade e depressão, entre outros males. Quando ganharem acesso à gramática do conectoma, os cientistas poderão visualizar a doença mental e tratá-la corrigindo as alterações que ela provoca no cérebro. Suspeita-se que o autismo, por exemplo, ocorra por uma anomalia na organização das ligações entre neurônios. Também há estudos que associam a esquizofrenia a falhas nas ligações neurais de longa distância. Entender como isso ocorre dará início à era da cura desses males por meio de correção das falhas nas conexões entre neurônios. E isso ainda neste século, talvez até no intervalo de uma geração. “Com análise do conectoma, também será possível criar exames para o diagnóstico objetivo de doenças mentais”, diz o radiologista Van Wedeen, da Universidade Harvard, integrante do Projeto Conectoma Humano, Wedeen ajudou a conceber o scanner de última geração usado para fazer as imagens das páginas 80 e 83, formadas a partir do movimento das moléculas de água na substância branca, parte do cérebro onde se concentram os axônios, os prolongamentos dos neurônios.

pesquisadores empenhados em montar o quebra-cabeça do cérebro dividem-se, grosso modo, em dois grupos: os que estudam célula por célula de tecidos mortos, com ajuda de microscópios de alta resolução, e os que tentam encontrar padrões no cérebro como um todo, analisando imagens produzidas por ressonância magnética. Já é possível saber exatamente como se organizam e se relacionam grupos de neurônios, mas o objetivo é analisar as células uma a uma. “Ainda não há equipamentos que permitam aos cientistas observar a sinapse de um único neurônio”, diz Arthur Toga, da Universidade da Califórnia.

Mesmo com as limitações tecnológicas atuais, o Projeto Conectoma Humano já abriu a porta para um entendimento do cérebro nunca sonhado. “O projeto vai resultar em uma grande base de dados, que servirá como referência para estudos focados no funcionamento dos neurônios”, diz o neurocientista Roberto Lent, da Universidade Federal do Rio de Janeiro (UFRJ). Entre as pesquisas que descem ao detalhe de como ocorrem as ligações entre os neurônios em pequenas porções do cérebro, para a partir delas entender o conjunto, destacam-se as do Instituto Max Planck, da Alemanha, e do MIT, nos Estados Unidos. Um dos projetos dos alemães consiste em examinar os neurônios da região do cérebro de um rato responsáveis por processar as informações sensoriais de seus bigodes. Os pesquisadores querem entender como os neurônios conseguem traduzir o estímulo externo em uma percepção de forma, movimento e consistência. Do tamanho de um grão de areia, esse pedaço do cérebro do rato foi fatiado em 20.000 lâminas, que por sua vez forma escaneadas e reconstruídas em uma imagem em 3D no computador. Para mapearem cada uma das ramificações neuronais desse pedaço de tecido cerebral, os cientistas precisariam trabalhar durante 1 milhão de horas. Com o objetivo de acelerar o processo, o instituto vai lançar na próxima semana um jogo on-line para que voluntários ajudem a traçar as conexões dos neurônios envolvidos. “O Brainflight é um simulador de vôo: o jogador percorre um túnel e, se encontrar o caminho correto, que é o da sinapse entre os neurônios, ganha pontos. Depois, nós gravamos essa via para construir o mapa das conexões”, diz Moritz Helmstaedter, um dos líderes do projeto. Se o simulador identifica os erros do jogador, por que não dar a ele a tarefa de mapear as redes neurais? Porque falta ao computador a capacidade de tomar decisões sutis, assim como um carro de Fórmula 1 precisa de um piloto para ganhar uma corrida. No MIT, o microscópio desenvolvido pelo Max Planck é usado para decifrar o que ocorre nos neurônios da retina. O primeiro passo é reconstruir as ramificações dessas células também por meio de um jogo na internet. No futuro, a equipe do MIT fará um segundo game para identificar as sinapses entre os neurônios.

Embora a idéia de mapear 100% di cérebro célula por célula pareça hoje inexeqüível, muitas aplicações desses estudos estarão disponíveis antes disso. A melhor compreensão das doenças neurológicas é o benefício mais óbvio. As pesquisas também servirão para confirmar a teoria, bastante aceita mas nunca submetida aos rigores do método científico, de que as funções do cérebro residem não em áreas específicas do cérebro mas nas conexões entre os neurônios, mesmo os mais distantes. A longo prazo, a compreensão completa das ligações e da lógica de funcionamento do conectoma será o elemento que faltava para descrever de maneira científica conceitos etéreos como é o caso da mente e até da alma. Quando isso acontecer, cessará o encantamento sobrenatural dos seres humanos com os grandes mistérios da existência e a vida ficará mais chata? Certamente, não. Ao cruzar a fronteira final de sua trajetória intelectual, a humanidade abrirá as portas de um universo ainda mais grandioso e mapeado, o cérebro humano nunca deixará de indagar e se encantar.

A PRIMAVERA DA (IA) INTELIGÊNCIA ARTIFICIAL

Depois de um longo período, conhecido como inverno da IA, em que os cientistas quase abandonaram a busca, volta a ganhar impulso o esforço para criar uma máquina que simule por completo a mente humana. (Filipe Vilicic e Victor Caputo).

possível construir uma máquina com a capacidade de raciocínio do cérebro humano? Os pioneiros da ciência da computação, nos anos 50, estavam convencidos de que sim. John McCarthy, o cientista americano a quem devemos a expressão inteligência artificial, a IA, pôs a questão nos seguintes termos: “A inteligência humana pode ser tão precisamente descrita que é possível construir uma máquina que a simule”. As tentativas de recriar eletronicamente a interação dos neurônios responsáveis pela inteligência humana prosseguiram até os anos 80, sem sucesso. Faltava conhecer melhor o cérebro antes de tentar replicá-lo. A dificuldade levou os pesquisadores a uma mudança de foco. Teve início o período lembrado como “inverno da IA”. Os projetos para reproduzir a complexa arquitetura do cérebro praticamente entraram em hibernação. Avanços recentes nos estudos que visam a mapear o cérebro, combinados com o progresso na capacidade de processamento de computadores, voltaram a mudar a perspectiva. Podemos dizer que se chegou à primavera da inteligência artificial. Um marco desse recomeço é o início, neste mês, do projeto Human Brain (Cérebro Humano), cujo objetivo é replicar as funções biológicas do cérebro.

Com um financiamento de 1,6 bilhão de dólares fornecido pela União Européia, o projeto, com sede na Suíça, envolve 250 cientistas em 150 centros de pesquisa de todo o mundo. O super computador que imitará o cérebro, o Human Brain, é capaz de executar tarefas, como complexos cálculos matemáticos, 10.000 vezes mais rápido que o cérebro humano. O desafio diante do projeto é colossal: o cérebro contém aproximadamente 100 bilhões de neurônios conectados uns aos outros. A isso se somam diferentes tipos de neurotransmissores cujos efeitos podem depender da forma como integram no sistema, criando camadas de complexidade que não são inteiramente compreendidas. Ao recriar eletronicamente as regras gerais do funcionamento cerebral, o supercomputador poderá avançar no estudo de doenças neurológicas, como Alzheimer e Parkinson. Os dados obtidos ajudam também a criar sistemas e programas de robótica que imitem uma das mais brilhantes criações da natureza, a mente humana.

A biologia e a medicina estão mais próximas de compreender como o corpo e a mente funcionam. O mecanismo das ações é um exemplo. Descobriu-se que um dos raros hormônios produzidos diretamente no cérebro, a oxitocina, regula em homens e mulheres o vínculo afetivo, a autoconfiança e a sensação de relaxamento. Tanto a falta quanto o excesso de oxitocina alteram o comportamento a ponto de afetar até a afeição de uma mãe por seu filho. Se os efeitos desse tipo de hormônio puderem ser reproduzidos em computador, talvez seja possível criar uma máquina dotada de sentimentos. Disse a VEJA o engenheiro Stuart Russell, autor de Artificial Inteligence: A Modern Approach (Inteligência Artificial: uma abordagem moderna): “Se um dia for esclarecido o que há de fato por trás da criatividade, da aprendizagem e das emoções, será palpável fabricar um ciborgue como o que vemos nos filmes. Por enquanto, nossa tarefa é entender como estudos de inteligência artificial podem nos ajudar a desvendar esses enigmas da mente.

Até os anos 80, o objetivo maior dos cientistas era construir um andróide que imitasse o homem por completo.

Ciborgues ainda eram precários e inúteis. Foi o que deu início ao período conhecido como “inverno da IA”. Governos e instituições desistiram de investir na área, abandonada quase que por completo. Um alento surgiu em 1997: um programa de computador, o Deep Blue, tornou-se a primeira máquina com inteligência artificial a derrotar um campeão de xadrez, o russo Garry Kasparov. O Deep Blue inaugurou um novo conceito de IA. Limitado a um objetivo – superar um grande mestre no xadrez era incapaz de escrever poesias ou conversar sobre o sentido do amor. Cientistas estão puseram em foco o desenvolvimento de máquinas com um raciocínio guiado por códigos de programação, que as deixam diferentes de como é formatada a mente humana. “Estamos cercados desse tipo de IA. São softwares, carros com autonomia e sistemas de buscas, como o Google”, disse a VEJA a engenheira Manuela Veloso, presidente da Associação pelo avanço da inteligência Artificial. Há dois anos, o Watson, versão atualizada do Deep Blue, mostrou-se invencível em um programa de perguntas e respostas na televisão americana. Com um software que busca respostas em 200 milhões de páginas de livros, alcançou o triplo da pontuação obtida pelo campeão humano. Esses sucessos motivaram o aumento de verbas para pesquisas e estimularam estudos mais ambiciosos. Se houve o inverno agora é a primavera da IA.

Cinco anos atrás, um grupo de cientistas sediado na Suíça reproduziu em um computador o comportamento de 10.000 neurônios. É apenas uma fração do que existe em um cérebro, mas o modelo foi a coluna neocortical, emaranhado de células do tamanho da cabeça de um alfinete existente no cérebro de mamíferos e envolvido em processos que levam ao raciocínio abstrato e à criatividade. No ano passado, um programa da IBM foi além, ao replicar na tela do computador 100 trilhões de sinapses neurais. Podem ser os primeiros passos para um dia fabricar-se algo como David, o andróide filosófico do filme Prometheus, do diretor Ridley Scott. Em um dos diálogos inspirados que ele protagoniza, um humano pergunta: “David, o que te faz sentir triste?”. O Andróide responde: “Guerra, pobreza, crueldade, violência desnecessária. Eu entendo as emoções humanas.

Fonte: Revista VEJA. 2013

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