Atualidades
Dez vezes mais atividade cerebral
2017.3.10
Um novo estudo da Universidade da Califórnia (UCLA) poderá mudar a compreensão dos cientistas acerca do modo de funcionamento do cérebro - e poderá levar a novas abordagens para o tratamento de distúrbios neurológicos e para o desenvolvimento de computadores que "pensam" mais como seres humanos.

A investigação centrou-se na estrutura e função das dendrites, que são consituintes dos neurónios. Os neurónios são estruturas grandes, tipo árvore, formadas por um corpo celular, o soma, com numerosos ramos chamadas dendrites que se estendem para fora. Os corpos celulares geram breves impulsos elétricos chamados "picos", a fim de se conectar e comunicarem uns com os outros. Os cientistas acreditavam que os picos somáticos ativam as dendrites, que passivamente enviam correntes aos somas de outros neurónios, mas isso nunca foi testado diretamente antes. Este processo é a base de como as memórias são formadas e armazenadas.



Mas a equipa da UCLA descobriu que as dendrites não são apenas condutores passivos.  A sua pesquisa mostrou que as dendrites são eletricamente ativas em animais que estão em movimento livre, gerando quase dez vezes mais picos que os somas.  Esta descoberta desafia a crença de longa data, de que os picos no soma são a principal forma de a perceção, aprendizagem e formação de memória ocorrerem.



"As dendrites representam mais de 90% do tecido neural", afirmou  o neurofísico da UCLA, Mayank Mehta, autor sénior do estudo. "Sabendo que elas são muito mais ativas do que o soma  muda a natureza da nossa compreensão de como o cérebro computa informação. Pode abrir caminho para a compreensão e tratamento de distúrbios neurológicos e para o desenvolvimento de cérebro como computadores".



Os cientistas acreditavam que as dendrites enviavam com suavidade correntes recebidas da sinapse da célula (a junção entre dois neurónios) ao soma, que por sua vez gerava um impulso elétrico. Essas curtas explosões elétricas, conhecidas como picos somáticos, foram pensados ​​para estar no cerne da computação e aprendizagem neural. Mas o novo estudo demonstrou que as dendrites geram os seus próprios picos dez vezes mais frequentemente do que os somas.



Os investigadores também descobriram que as dendrites geram grandes flutuações na tensão, além dos picos. Os picos são eventos binários, tudo ou nada. Os somas geraram apenas picos de tudo ou nada, assim como os computadores digitais. Além de produzir picos semelhantes, as dendrites também geraram grandes voltagens variando lentamente, que eram ainda maiores do que os picos, o que sugere que as dendrites executam computação analógica.



"Nós descobrimos que as dendrites são híbridos que fazem computações analógicas e digitais, que são, portanto, fundamentalmente diferentes dos computadores puramente digitais, mas um pouco semelhantes aos computadores quânticos que são analógicos", disse Mehta, professor da UCLA de física e astronomia, de neurologia e de neurobiologia. "Uma crença fundamental na neurociência tem sido que os neurónios são dispositivos digitais. Eles geram ou não geram um pico. Estes resultados mostram que as dendrites não se comportam puramente como um dispositivo digital. As dendrites geram picos digitais, tudo ou nada, mas elas também mostram grandes flutuações analógicas que não são tudo ou nada. Esta é uma grande diferença em relação ao que os neurocientistas acreditam há cerca de 60 anos ".



Como as dendrites são quase cem  vezes maiores em volume do que os centros neuronais, o grande número de picos dendríticos que ocorrem poderia significar que o cérebro tem mais de cem vezes a capacidade computacional do que se pensava anteriormente, afirmou Metha.



Os cientistas mediram a atividade das dendrites durante um período de, até quatro dias em ratos que foram autorizados a mover-se livremente dentro de um grande labirinto. A partir de medições do córtex parietal posterior, a parte do cérebro que desempenha um papel fundamental no planeamento do movimento, os investigadores encontraram muito mais atividade nas dendrites do que nos somas - aproximadamente cinco vezes mais picos enquanto os ratos estavam a dormir e até dez  vezes mais quando eles estavam a  explorar.



"Muitos modelos anteriores supõem que a aprendizagem ocorre quando os corpos celulares de dois neurónios estão ativos ao mesmo tempo", afirmou Jason Moore, primeiro autor do estudo. " As nossas descobertas indicam que a aprendizagem pode acontecer quando o neurónio de entrada está ativo ao mesmo tempo que uma dendrite está ativa - e poderia ser que diferentes partes de dendrites estivessem ativas em momentos diferentes, o que sugeriria uma maior flexibilidade de como a aprendizagem pode ocorrer dentro de um único neurónio. "



Olhando para o soma para entender como o cérebro funciona forneceu uma base para inúmeras questões médicas e científicas - desde diagnosticar e tratar doenças a, como construir computadores. Mas, essa estrutura baseava-se no entendimento de que o corpo celular toma as decisões e que o processo é digital.



"O que encontrámos indica que essas decisões são feitas nas dendrites com muito mais frequência do que no corpo celular, e que tais cálculos não são apenas digitais, mas também analógicos", disse Mehta. "Devido às dificuldades tecnológicas, a investigação sobre a função cerebral tem-se centrado em grande parte no corpo celular, mas descobrimos a vida secreta dos neurónios, especialmente nos extensos ramos neuronais".



https://www.sciencedaily.com/releases/2017/03/170309150634.htm


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