Neurônios no cérebro humano enquanto transferem informações entre si. Quer um mapa disso? Pode demorar um pouco. Veja mais fotos do cérebro. © iStockphoto.com / Kiyoshi Takahase Segundo O cérebro humano é um nó de 100 bilhões de neurônios e células de suporte. Podemos armazenar uma vida inteira de memórias lá. Podemos usá-lo para escrever sonetos e construir aviões. Certo, o cérebro de um elefante é maior, pesa mais, e tem mais neurônios, mas os elefantes também não têm nossas habilidades. Intrigado? Os cientistas com certeza estão. Essa é uma das razões pelas quais eles estão mapeando o cérebro humano, um projeto substancial que pode levar décadas para ser concluído.
O mapeamento cerebral tenta relacionar a estrutura do cérebro à sua função, ou descobrir quais partes nos fornecem certas habilidades. Por exemplo, que aspecto do nosso cérebro nos permite ser criativos ou lógicos? Isso é chamado localização da função .
No mapeamento das funções cerebrais, os cientistas usam imagens para observar o cérebro trabalhando em várias tarefas. Charles Wilson, um neurobiologista da Universidade do Texas em San Antonio, explica a localização da função desta forma:
Há uma parte do cérebro que tem a ver principalmente com a visão e outras partes que têm a ver principalmente com o som. Agora, podemos olhar na seção de visão e dizer, Existe uma parte especial do cérebro que detecta objetos vermelhos e outra que detecta objetos verdes? Ou a mesma área detecta objetos de ambas as cores?O mapeamento cerebral também olha de fora para dentro. Ele examina como nosso ambiente muda a estrutura de nosso cérebro ao estudar, por exemplo, como o cérebro muda fisicamente através dos processos de aprendizagem e envelhecimento. O mapeamento cerebral também examina o que está errado fisicamente no cérebro durante doenças mentais e outras doenças cerebrais.
Finalmente, o mapeamento cerebral visa nos dar uma imagem completa da estrutura do nosso cérebro. O Google Earth mostra-nos imagens de satélite do nosso planeta e amplia os continentes, países, estados, cidades, rodovias, ruas e edifícios. Um mapa estrutural completo de nosso cérebro pode ser semelhante. Isso poderia nos mostrar todo o nosso cérebro; todas as regiões, lobos funcionais, centros especializados, grossos "feixes" de neurônios conectando partes do cérebro, circuitos de neurônios, neurônios únicos, junções entre neurônios e, finalmente, partes do neurônio. Os cientistas ainda estão desenvolvendo as partes que podem formar este enorme mapa.
O mapeamento cerebral é uma coleção de muitas ferramentas diferentes. Os pesquisadores devem coletar imagens do cérebro, transforme essas imagens em dados, e usar esses dados para analisar o que acontece no cérebro à medida que ele se desenvolve.
Continue lendo para aprender como os pesquisadores mapeiam o cérebro.
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Percorremos um longo caminho a partir disso. Mark Strozier / © istockphoto.com Os cientistas usam muitos métodos para estudar a estrutura e função do cérebro. Eles tiram fotos de cérebros saudáveis e as comparam a cérebros doentes. Além disso, eles examinam cérebros retirados de humanos, primatas e pequenos mamíferos e tentam entender como funcionam os sistemas nervosos menores dos invertebrados. Em um nível microscópico, eles também examinam neurônios.
Aqui estão algumas ferramentas usadas no mapeamento do cérebro. Essas técnicas obtêm imagens do cérebro:
Essas técnicas examinam a atividade cerebral:
Novos métodos permitem que os pesquisadores vejam todas as conexões entre os neurônios em um cérebro intacto. Este ramo de estudo é chamado conectômica. O "diagrama de fiação" de um cérebro é chamado de conectoma [fonte:Lichtman]. "Até recentemente, não tínhamos esperança de obter esses diagramas de fiação, "diz Jeff Lichtman, um biólogo de Harvard que liderou o grupo que desenvolveu algumas das novas técnicas. "Podemos ver células individuais, mas nunca todos de uma vez. "
Brainbow rotulou os neurônios neste cérebro de camundongo transgênico com cerca de 90 combinações de cores diferentes. Stringer / Getty Images / AFP Uma dessas técnicas, conhecido como Brainbow , rotula cada neurônio no cérebro de um animal vivo com uma cor diferente. Gerando imagens do cérebro do animal, os cientistas podem ver onde e como os neurônios se conectam uns aos outros. Conforme o animal cresce e envelhece, eles também podem observar como os neurônios mudam as conexões.
Outra técnica usa o ATLUM, ou ultramicrótomo automático para coleta de fita . Esta máquina lê o diagrama de fiação de um cérebro. "Fazemos algo semelhante a aparar uma maçã, "explica Lichtman." Basicamente, raspamos um corte em espiral à medida que giramos o cérebro em um torno e colocamos essa fita de tecido em uma fita. Acabaremos por obter uma fita extremamente longa, que é essencialmente todo o cérebro. Usando um microscópio eletrônico, vamos imaginar isso para ver a estrutura da fiação. "
Até aqui, Brainbow e o ATLUM estão sendo usados apenas para estudar animais com cérebros relativamente pequenos, como ratos.
Então, qual é o ponto? O que, se alguma coisa, o mapeamento pode realizar? Aprenda o que podemos aprender com o mapeamento do cérebro humano na próxima página.
Um phMRI pode estudar a dor?Em um estudo do Oxford Center for Functional Magnetic Resonance Imaging of the Brain, da Grã-Bretanha, pesquisadores registraram imagens do cérebro dos pacientes enquanto sua pele era queimada e os pacientes recebiam doses crescentes de analgésico. Os centros de dor no cérebro dos pacientes tornaram-se menos ativos à medida que as doses do medicamento aumentaram. Essa medida direta do efeito de uma droga no cérebro pode eventualmente ser usada para testar drogas psiquiátricas [fonte:Matthews].
Por que os cientistas assumiriam a árdua tarefa de mapeamento do cérebro? A resposta é simples, diz Lichtman:para entender nossos cérebros mais intimamente. Nunca vimos um diagrama de como todos os neurônios do cérebro se conectam. Como disse Jeff Lichtman, "Muito do nosso pensamento sobre o cérebro se baseia em conhecimento incompleto do que realmente existe. Portanto, gostaríamos de ver o que realmente existe."
O diagrama de conexões do cérebro pode nos ajudar a entender melhor como aprendemos e nos adaptamos, diz Lichtman. “Começamos sendo menos adaptados ao nosso ambiente do que qualquer outro animal. Quando somos adultos, podemos usar ferramentas que nossa herança genética não poderia ter ensinado nosso sistema nervoso a usar - como os iPods. Nenhum outro animal pode fazer isso. Durante nosso desenvolvimento, devemos nos conectar para [poder] usar essas máquinas. "
O mapeamento cerebral também é de uso prático para os médicos. Os neurocirurgiões usam o mapeamento cerebral para planejar cirurgias mais seguras. Um tratamento para epilepsia, por exemplo, remove a parte afetada do cérebro. Usando ressonância magnética e EEG funcionais, os cirurgiões podem localizar o centro de convulsão no cérebro do paciente - bem como as áreas que estão ativas durante a fala e o movimento - em milímetros. Essas imagens dizem aos médicos o que deixar e o que cortar.
As imagens cerebrais não são usadas apenas no tratamento. É usado para diagnosticar doenças neurodegenerativas como Parkinson e Alzheimer [fonte:Wilson]. Usando técnicas de marcação como PET, médicos procuram por gotas em certos produtos químicos cerebrais, ou eles podem usar a ressonância magnética para examinar as contrações em áreas que mostram perda de tecido. Hora extra, os médicos podem mapear a aparência do cérebro conforme as doenças progridem ou os tratamentos funcionam [fonte:Institute for Neurodegenerative Disorders].
Os distúrbios do desenvolvimento, como o autismo, podem ter uma base estrutural no cérebro. Lichtman aponta que o autismo é pensado para envolver uma série de conexões erradas entre os neurônios. Ao aplicar Brainbow a um rato com autismo, pesquisadores podem ver o diagrama de fiação evoluir para descobrir como, quando e se a fiação der errado.
Os cientistas também procuraram ilustrar os efeitos de várias doenças mentais no cérebro, com algum sucesso. As imagens cerebrais nesses pacientes revelaram anormalidades estruturais. Por exemplo, MRI estrutural mostrou que pacientes esquizofrênicos perdem matéria no temporal e córtex pré-frontal ao longo do tempo [Fonte:Rapoport]. Essas descobertas ainda não levaram a tratamentos.
Síndrome do pânico, transtorno bipolar, depressão, ansiedade, transtornos alimentares e outros estão sendo examinados usando diferentes técnicas de imagem cerebral, mas como interpretamos as descobertas dos cientistas? Mais importante, onde podemos vê-los? Descubra na próxima página.
Sarcasmo mapeado. Consciência ainda evasiva.Médicos e cientistas aprenderam mais com o mapeamento do cérebro do que este artigo pode cobrir. Aqui estão dois destaques:
O co-fundador da Microsoft, Paul G. Allen, apregoa a conclusão do Allen Brain Atlas no Capitólio em setembro de 2006. O projeto estuda a expressão de genes em cérebros de camundongos. Notícias sobre Mark Wilson / Getty Images A neuroinformática coloca todos os dados que temos no cérebro na Internet de forma utilizável. Os dados incluem imagens, modelos de comportamento de neurônios e mapas dos genes que são "ativados" em diferentes regiões do cérebro. Ao tornar os dados compartilháveis e pesquisáveis, pesquisadores do cérebro podem aproveitar os estudos uns dos outros e descobrir mais.
Os engenheiros estão escrevendo um software para ajudar os pesquisadores do cérebro a compartilhar e comparar dados. O software agora analisa, por exemplo, se as ressonâncias magnéticas de pacientes com Alzheimer com diferentes tamanhos e formas cerebrais têm características cerebrais semelhantes. Os homens com certa arquitetura cerebral são predispostos ao transtorno bipolar? Essa questão, e muitos outros, pode um dia ser respondido por programas de computador que reanalisam imagens de pacientes anteriores, em vez de estudar novos.
Aqui estão alguns exemplos de atlas do cérebro que os pesquisadores podem minerar em busca de respostas:
As imagens não são a única fonte de informação. Aqui estão alguns exemplos de bancos de dados que os pesquisadores do cérebro usam:
Agora que podemos mapear o cérebro humano, quão longe nós chegamos? Nós terminamos ainda? Estamos mesmo perto? Descubra na próxima página.
Uma mulher examina uma exposição em Dresden, Alemanha, mostrando os processos neurobiológicos do cérebro humano. Poderíamos eventualmente mapear emoções como felicidade? Norbert Millauer / DDP Depois de imaginar os cérebros de populações grandes o suficiente para gerar estatísticas, pesquisadores fizeram mapas cerebrais sofisticados. Existem mapas para ilustrar onde perdemos volume cerebral à medida que envelhecemos, à medida que a AIDS progride e usamos metanfetaminas.
Qual seria a aparência de um mapa completo do cérebro humano? Isso depende de seus interesses. Se você tem sede de conhecer a estrutura do cérebro, você pode querer ver aquela versão hipotética do Google Earth que pode começar com uma imagem de nosso córtex e ampliar para o neurônio número 888, 898, 432, 857.
Esta completa, O tipo de mapa do Google Earth está travado em muitos pontos. Um desses pontos é a imagem de todos os neurônios do cérebro humano e suas conexões. Mesmo colocar esses dados no mouse é trabalhoso, diz o biólogo de Harvard Jeff Lichtman. Na taxa de ATLUM e um microscópio eletrônico estão funcionando agora, obter um mapa de todos os neurônios interconectados no cérebro do rato levaria 200, 000 semanas, Estimativas de Lichtman. Os dados seriam "maiores do que todos os dados na Internet - maiores do que todos os dados em todas as bibliotecas do mundo, "ele diz." No momento, o tipo de armazenamento que é possível em computadores não está à altura da tarefa. "O único" cérebro "para o qual temos um mapa completo de neurônios interconectados pertence ao C. elegans , "um verme com um milímetro de comprimento e 300 células nervosas, "diz Lichtman.
Novamente, sua definição de um mapa cerebral completo depende de seus interesses. Se você é um neuropsiquiatra, por exemplo, um mapa completo do cérebro pode ser uma imagem de lapso de tempo mostrando como o transtorno bipolar se desenvolve no cérebro desde o nascimento até o primeiro sintoma e o que o lítio faz para interromper o processo.
Isso pode não ser suficiente para você. Você pode querer saber a função de cada centímetro do cérebro. Infelizmente, Isso é impossível. Não podemos capturar funções que acontecem muito rapidamente ou muito lentamente, diz o neurobiologista Charles Wilson. Outros processos levam uma vida inteira. Nenhum estudo de imagem acompanhou alguém do nascimento à morte. "Nenhum método que conheçamos lida com todas as ocasiões de interesse. Nenhum método que conheçamos lida com mais do que um pequeno pedaço dele, "diz Wilson. Neste ponto, Lichtman diz que não há nenhum esforço em andamento para integrar todos esses mapas em um.
Mas não há nenhuma razão fundamental para que não possamos ter algum - ou todos - esses mapas, disse Wilson. "Os problemas são todos problemas práticos de tecnologia que podem ser superados. Como acontece com qualquer mapa, se você começar com um mapa bruto, é melhor do que nenhum mapa. E você não precisa de um novo mapa. Basta adicionar informações ao mapa antigo para torná-lo mais refinado. Não vamos acordar um dia e ter isso. Vamos adicionar um pouco hoje, um pouco amanha, e em algum ponto, vamos dizer, 'Uau, isso está começando a ficar muito bom. '"
Para obter mais informações sobre o processo de mapeamento cerebral, dê uma olhada na próxima página.
Você usa tudoÉ um mito que usamos apenas 10 por cento de nossos cérebros. Usamos tudo. As imagens do cérebro documentaram coletivamente a atividade em todas as partes. O que mais, danos a uma pequena área podem destruir habilidades importantes. Leia mais sobre o mito dos 10% do cérebro no site do professor Eric Chudler na Universidade de Washington.
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