Um sinal inédito foi detectado no cérebro humano

Os cientistas identificaram recentemente uma forma única de mensagens celulares que ocorre no cérebro humano que nunca foi vista antes.

De forma emocionante, a descoberta sugere que nossos cérebros podem ser unidades de computação ainda mais poderosas do que pensávamos.

Em 2020, pesquisadores de institutos na Alemanha e na Grécia relataram um mecanismo nas células corticais externas do cérebro que produz um novo sinal ‘graduado’ por conta própria, que poderia fornecer aos neurônios individuais outra maneira de realizar suas funções lógicas.

Medindo a atividade elétrica em seções de tecido removidas durante a cirurgia em pacientes epilépticos e analisando sua estrutura usando microscopia fluorescente, os neurologistas descobriram que células individuais no córtex usavam não apenas os íons de sódio usuais para “disparar”, mas também cálcio.

Essa combinação de íons carregados positivamente desencadeou ondas de voltagem que nunca haviam sido vistas antes, conhecidas como potenciais de ação dendrítica mediados por cálcio, ou dCaAPs.

Cérebros – especialmente os da variedade humana – são frequentemente comparados a computadores. A analogia tem seus limites , mas em alguns níveis eles executam tarefas de maneira semelhante.

Ambos usam o poder de uma tensão elétrica para realizar várias operações. Nos computadores, está na forma de um fluxo bastante simples de elétrons através de interseções chamadas transistores.

Nos neurônios, o sinal está na forma de uma onda de abertura e fechamento de canais que trocam partículas carregadas como sódio, cloreto e potássio. Esse pulso de fluxo de íons é chamado de potencial de ação .

Em vez de transistores, os neurônios gerenciam essas mensagens quimicamente no final de ramificações chamadas dendritos.

“Os dendritos são fundamentais para entender o 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 significativo o suficiente, ele pode ser transmitido a outros nervos, que podem bloquear ou transmitir a mensagem.

Esta é a base lógica do nosso cérebro – ondulações de voltagem que podem ser comunicadas coletivamente de duas formas: ou 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 é transmitida).

LEIA TAMBÉM: Gordura subcutânea surge como um protetor do cérebro das mulheres

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 executam funções de ordem superior que associamos à sensação, ao pensamento e ao controle motor.

Foram os tecidos dessas camadas que os pesquisadores observaram 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 seus resultados em um punhado de amostras retiradas de tumores cerebrais.

Embora a equipe tenha realizado experimentos semelhantes em ratos , os tipos de sinais que eles observaram zumbindo nas células humanas eram muito diferentes.

Mais importante, quando dosaram as células com um bloqueador de canais de sódio chamado tetrodotoxina , eles ainda encontraram um sinal. Somente bloqueando o cálcio todos ficaram quietos.

Encontrar um potencial de ação mediado pelo cálcio é bastante interessante. Mas modelar a maneira 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 podem atuar como interseções OR ( XOR ) ‘exclusivas’ , que só permitem um sinal quando outro sinal é classificado de uma maneira específica.

“Tradicionalmente, pensava-se que a operação XOR requeria 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 está buscando inspiração em nosso próprio sistema nervoso para desenvolver um hardware melhor; saber que nossas próprias células individuais têm mais alguns truques na manga pode levar a novas maneiras de conectar transistores.

Exatamente como essa nova ferramenta lógica espremida em uma única célula nervosa se traduz em funções superiores é uma questão para futuros pesquisadores responderem.

Esta pesquisa foi publicada na Science

Versão completa em Science Alert