Os cientistas identificaram uma forma única de mensagens celulares que ocorre no cérebro humano, revelando o quanto ainda temos que aprender sobre o seu misterioso funcionamento interno.
De forma emocionante, a descoberta sugere que os nossos cérebros podem ser unidades de computação ainda mais poderosas do que pensávamos.
Em 2020, cientistas de institutos na Alemanha e na Grécia relataram um mecanismo nas células corticais externas do cérebro que produz um novo sinal “graduado” por si só, um sinal que poderia fornecer aos neurônios individuais outra forma de realizar as suas funções lógicas.
Ao medir a atividade eléctrica em seções de tecido removidas durante a cirurgia em pacientes epilépticos e analisar a sua estrutura utilizando microscopia fluorescente, os neurologistas descobriram que células individuais no córtex usavam não apenas os habituais íons de sódio para “disparar”, mas também cálcio.
Esta combinação de íons carregados positivamente desencadeou ondas de voltagem nunca antes vistas, conhecidas como potenciais de ação dendríticos mediados por cálcio, ou dCaAPs.
Os cérebros – especialmente os da variedade humana – são frequentemente comparados aos computadores. A analogia tem limites, mas em alguns níveis eles realizam tarefas de maneira semelhante.
Ambos utilizam a potência de uma tensão elétrica para realizar diversas operações. Nos computadores, ocorre na forma de um fluxo bastante simples de elétrons através de interseções chamadas transistores.
Nos neurônios, o sinal tem a forma de uma onda de abertura e fechamento de canais que trocam partículas carregadas como sódio, cloreto e potássio. Este 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 centro do que determina o poder computacional de neurônios individuais”, disse Matthew Larkum, neurocientista da Universidade 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 suficientemente significativo, ele poderá ser transmitido a outros nervos, que poderão bloquear ou transmitir a mensagem.
Esta é a base lógica do nosso cérebro – ondas de voltagem que podem ser comunicadas coletivamente de duas formas: uma mensagem AND (se x e y forem acionados, a mensagem será transmitida); ou uma mensagem OR (se x ou y for acionado, a mensagem será repassada).
Indiscutivelmente, em nenhum lugar isso é mais complexo do que na densa e enrugada seção externa 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 à sensação, ao pensamento e ao controle motor.
Foram os tecidos dessas camadas que os pesquisadores examinaram de perto, conectando as células a um dispositivo chamado patch clamp somatodendrítico para enviar potenciais ativos para cima e para baixo em cada neurônio, registrando seus sinais.
“Houve um momento ‘eureka’ quando vimos os potenciais de ação dendríticos pela primeira vez”, disse Larkum.
Para garantir que quaisquer descobertas não fossem exclusivas de pessoas com epilepsia, eles verificaram novamente os resultados em algumas amostras colhidas de tumores cerebrais.
Embora a equipe tenha realizado experimentos semelhantes em ratos, os tipos de sinais que observaram circulando pelas células humanas eram muito diferentes.
Mais importante ainda, quando dosaram às células um bloqueador dos canais de sódio chamado tetrodotoxina, ainda encontraram um sinal. Somente bloqueando o cálcio é que todos ficaram quietos.
Encontrar um potencial de ação mediado pelo cálcio é bastante interessante. Mas modelar a forma 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 (XOR) ‘exclusivas’, que só permitem um sinal quando outro sinal é classificado de uma maneira específica.
“Tradicionalmente, pensa-se que a operação XOR requer 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 próprio sistema nervoso sobre como desenvolver hardware melhor; saber que nossas células individuais têm mais alguns truques na manga pode levar a novas maneiras de conectar transistores em rede.
Exatamente como esta nova ferramenta lógica comprimida em uma única célula nervosa se traduz em funções superiores é uma questão que os futuros pesquisadores deverão responder.
Esta pesquisa foi publicada na Science e a matéria em ScienceAlert
