Neurônios individuais têm poder computacional

Redação do Site Inovação Tecnológica - 13/08/2010

Um neurônio do córtex visual de um camundongo recebeu um corante fluorescente para que seus dendritos pudessem ser visualizados. Um laser fez disparos sobre os dendritos para ativar grupos de impulsos em diferentes ordens. A resposta elétrica do neurônio foi diferente para cada sequência de impulsos.
[Imagem: Tiago Branco/Hausser LabNULL]

As células individuais do cérebro são surpreendentemente eficientes na detecção de diferentes sequências temporais nas informações que chegam até eles.

A descoberta contesta uma noção longamente aceita pelos cientistas de que esse tipo de processamento no cérebro exige grandes números de neurônios trabalhando em conjunto.

Pobres transistores

Apesar de cada vez menos aceita pelos neurocientistas, a comparação do cérebro humano com um computador sempre considerou que os neurônios seriam os transistores - os componentes básicos do cérebro, mas incapazes de qualquer computação quando isolados.

A descoberta contesta essa ideia, mostrando que os neurônios individuais - e até mesmo os dendritos, os pequenos elementos receptores dos neurônios - são dispositivos computacionais excepcionalmente poderosos.

"No dia-a-dia, nós precisamos constantemente usar informações sobre sequências de eventos a fim de entender o mundo ao nosso redor. Por exemplo, na linguagem, uma coleção de diferentes sequências do mesmo conjunto de letras ou sons montados em sentenças somente fazem sentido conforme a ordem em que esses sons ou letras são montados," explica o Dr. Tiago Branco, da Universidade College London, na Inglaterra.

O cérebro humano é particularmente eficiente no processamento de sequências de informações. Por exemplo, cita Branco, os mais modernos computadores têm grande dificuldade de decifrar uma sequência rápida de palavras que uma criança de cinco anos de idade entende perfeitamente.

"Como o cérebro é tão bom em distinguir uma sequência de eventos de outras é algo que não é bem compreendido mas, até agora, a crença geral era de que esse trabalho era feito por um grande número de neurônios trabalhando em conjunto," diz ele. Essa crença agora foi derrubada.

Poder computacional dos neurônios

Estudando o cérebro de um camundongo, os pesquisadores monitoraram os neurônios em áreas do cérebro responsáveis pelo processamento dos impulsos sensoriais dos olhos e da face.

Para verificar como esses neurônios respondiam às variações na ordem em que um determinado conjunto de impulsos era fornecido, os cientistas usaram um laser para ativar os dendritos em padrões precisos, e mediram a resposta elétrica dos neurônios.

Primeiro, um neurônio do córtex visual do camundongo recebeu um corante fluorescente para que seus dendritos pudessem ser visualizados. A seguir, um laser fez disparos minúsculos e superprecisos sobre os dendritos para simular sinapses e ativar grupos de impulsos em diferentes ordens.

Os cientistas descobriram que cada sequência produz uma resposta diferente, mesmo quando o impulso é enviado para um único dendrito.

A resposta elétrica do neurônio foi diferente para cada sequência de impulsos, permitindo a identificação, a partir dessa resposta, dos padrões disparados pelo laser para dendritos individuais, assim como para padrões disparados aleatoriamente pela árvore dendrítica.

Usando modelos teóricos construídos a partir de seus dados, os pesquisadores demonstraram que a probabilidade de que duas sequências diferentes sejam distinguidas uma da outra pelo neurônio individual é incrivelmente alta.

"Esta pesquisa indica que os neurônios individuais são decodificadores de sequências temporais de informações, e que eles podem desempenhar um papel significativo na ordenação e na interpretação da enorme quantidade de impulsos recebidos pelo cérebro," afirma o professor Michael Hausser, coordenador do estudo.

Mais tópicos