Os cientistas descobriram uma forma única de mensagem celular ocorrendo no cérebro humano que nunca foi vista antes. Curiosamente, a descoberta sugere que nossos cérebros podem ser unidades de computação ainda mais poderosas do que pensávamos.

No início do ano passado, pesquisadores de institutos na Alemanha e na Grécia relataram um mecanismo nas células corticais externas do cérebro que por si só gera um novo sinal “graduado” que poderia oferecer aos neurônios individuais outra oportunidade de realizar suas funções lógicas .

Ao medir a atividade elétrica em seções de tecido retiradas de pacientes com epilepsia durante a operação e sua estrutura usando microscopia de fluorescência, os neurologistas analisaram que células individuais no córtex não apenas usam os íons de sódio usuais para “disparar”, mas também o cálcio.

Esta combinação de íons carregados positivamente desencadeou ondas de voltagem sem precedentes chamadas potenciais de ação dendrítica mediada por cálcio ou dCaAPs.

Cérebros – especialmente os da espécie humana – costumam ser comparados a computadores. A analogia tem suas limitações, mas em alguns níveis eles realizam tarefas de maneiras semelhantes.

Ambos usam a força de uma voltagem elétrica para realizar várias operações. Em computadores, é um fluxo bastante direto de elétrons através de junções 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. Este pulso de íons fluindo é chamado de. designadas Potencial de acção.

Em vez de transistores, os neurônios gerenciam quimicamente essas mensagens no final de ramos chamados dendritos.

“Os dendritos são de importância central para a compreensão do cérebro porque determinam essencialmente o poder de computação de neurônios individuais”, disse neurocientista da Universidade Humboldt em Berlim Matthew Larkum disse 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 retransmitir a mensagem.

Esta é a base lógica de nossos cérebros – ondas de tensão que podem ser comunicadas coletivamente de duas formas: E Mensagem (se x e y acionado, a mensagem é encaminhada); ou um OU Mensagem (se x ou acionado, a mensagem é encaminhada).

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 particularmente espessas, repletas de ramos que executam funções de ordem superior que associamos com sensação, pensamento e controle motor.

Foram os tecidos dessas camadas que os pesquisadores observaram de perto e conectaram as células a um dispositivo chamado patch clamp somatodendrítico para enviar os potenciais ativos de cada neurônio para cima e para baixo e registrar seus sinais.

“Houve um momento ‘Eureka’ quando vimos pela primeira vez os potenciais de ação dendrítica”, disse Larkum.

Para garantir que todas as descobertas não fossem reservadas apenas para pessoas com epilepsia, eles verificaram seus resultados em um punhado de amostras de tumor cerebral.

Enquanto a equipe fazia experimentos semelhantes em ratos, os tipos de sinais que eles emitiam por meio das células humanas variavam amplamente.

Mais importante, quando deram às células um bloqueador do canal de sódio chamado tetrodotoxina, eles ainda encontraram um sinal. Foi só quando o cálcio foi bloqueado que tudo ficou quieto.

É interessante encontrar um potencial de ação mediado pelo cálcio. Mas a modelagem de como esse novo tipo de sinal sensível funciona no córtex foi uma surpresa.

Além do lógico E e OU-As funções de tipo podem chamar esses neurônios individuais ‘exclusivo’ OU (XOR) Interseçõesque só permitem um sinal se outro sinal for graduado de uma certa maneira.

“É tradicional XOR uma solução de rede foi necessária para a operação “, os pesquisadores escreveram.

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 sistema nervoso para desenvolver um hardware melhor. saber que nossas células individuais ainda têm alguns truques na manga pode levar a novas formas de transistores em rede.

Como essa nova ferramenta lógica, comprimida em uma única célula nervosa, se traduz em funções superiores, é uma questão que os futuros pesquisadores terão que responder.

Este estudo foi publicado em Ciência.

Uma versão deste artigo foi publicada originalmente em janeiro de 2020.