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Já se sabe há algum tempo que as experiências deixam rastros na conectividade do cérebro, mas um estudo pioneiro realizado por pesquisadores do Centro Alemão de Doenças Neurodegenerativas (DZNE) e da Universidade de Tecnologia TUD Dresden agora mostra como esses efeitos realmente são massivos. As descobertas em camundongos fornecem informações sem precedentes sobre a complexidade das redes neurais em larga escala e a plasticidade cerebral. Além disso, eles poderiam abrir caminho para novos métodos de inteligência artificial inspirados no cérebro. Os resultados, baseados em uma tecnologia inovadora “brain-on-chip”, são publicados na revista científica Biossensores e Bioeletrônica.
Os pesquisadores de Dresden exploraram a questão de como uma experiência enriquecida afeta os circuitos do cérebro. Para isso, eles implantaram um chamado neurochip com mais de 4.000 eletrodos para detectar a atividade elétrica das células cerebrais. Esta plataforma inovadora permitiu registar o “disparo” de milhares de neurónios em simultâneo. A área examinada – muito menor que o tamanho de uma unha humana – cobria todo o hipocampo de um camundongo. Essa estrutura cerebral, compartilhada pelos humanos, desempenha um papel fundamental no aprendizado e na memória, tornando-se um alvo privilegiado para a devastação de demências como o mal de Alzheimer. Para o estudo, os cientistas compararam o tecido cerebral de camundongos, que foram criados de forma diferente. Enquanto um grupo de roedores cresceu em gaiolas padrão, que não ofereciam nenhum estímulo especial, os outros foram alojados em um “ambiente enriquecido” que incluía brinquedos reorganizáveis e tubos de plástico semelhantes a labirintos.
“Os resultados excederam em muito as nossas expectativas”, disse o Dr. Hayder Amin, principal cientista do estudo. Amin, especialista em neuroeletrônica e neurociência nomputacional, lidera um grupo de pesquisa no DZNE. Com sua equipe, ele desenvolveu a tecnologia e as ferramentas de análise utilizadas neste estudo. “Simplificando, pode-se dizer que os neurônios dos camundongos do ambiente enriquecido eram muito mais interconectados do que aqueles criados em alojamento padrão. Não importa qual parâmetro olhamos, uma experiência mais rica literalmente aumentou as conexões nas redes neuronais. Essas descobertas sugerem que os principais uma vida ativa e variada molda o cérebro em terrenos totalmente novos.”
Visão sem precedentes das redes cerebrais
O Prof. Gerd Kempermann, que co-lidera o estudo e tem trabalhado na questão de como a atividade física e cognitiva ajuda o cérebro a formar resiliência em relação ao envelhecimento e às doenças neurodegenerativas, atesta: “Tudo o que sabíamos nesta área até agora foi tiradas de estudos com eletrodos únicos ou técnicas de imagem como ressonância magnética. A resolução espacial e temporal dessas técnicas é muito mais grosseira do que a nossa abordagem. Aqui podemos literalmente ver o circuito em funcionamento até a escala de células individuais. Aplicamos computação avançada ferramentas para extrair uma grande quantidade de detalhes sobre a dinâmica da rede no espaço e no tempo de nossas gravações.”
“Nós descobrimos uma riqueza de dados que ilustram os benefícios de um cérebro moldado por uma rica experiência. Isso abre caminho para entender o papel da plasticidade e da formação de reservas no combate a doenças neurodegenerativas, especialmente no que diz respeito a novas estratégias preventivas”, Prof. Kempermann disse, que, além de pesquisador do DZNE, também é afiliado ao Centro de Terapias Regenerativas de Dresden (CRTD) na TU Dresden. “Além disso, isso ajudará a fornecer informações sobre os processos de doenças associados à neurodegeneração, como disfunções das redes cerebrais”.
Potencial em relação à inteligência artificial inspirada no cérebro
“Ao desvendar como as experiências moldam o conectoma e a dinâmica do cérebro, não estamos apenas ultrapassando os limites da pesquisa cerebral”, afirma o Dr. Amin. “A inteligência artificial é inspirada em como o cérebro processa informações. Assim, nossas ferramentas e os insights que elas permitem gerar podem abrir caminho para novos algoritmos de aprendizado de máquina”.
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