No Campus com Helder Coelho

Como o cérebro calcula

Helder Coelho

A descoberta do Global Positioning System (GPS) do nosso cérebro, feita por John O´Keefe e pelos seus alunos de doutoramento, o casal Edvard e May-Britt Moser (e que lhes permitiu ganhar, os três, o prémio Nobel da Fisiologia ou Medicina de 2014), explicou como conhecemos onde estamos e somos capazes de navegar de um lado para o outro. Finalmente, um dos problemas que ocupara filósofos e cientistas, ao longo de séculos, foi resolvido. Falta ainda encontrar o porquê dos doentes de Alzheimer serem incapazes de reconhecer o ambiente (sala, rua, paisagem) que os cerca.

Foram necessárias duas partes para quebrar este quebra-cabeças: em 1971, O´Keefe mostrou que um conjunto de células neuronais tornava-se ativo quando um rato estava num lugar de um quarto, e um conjunto diferente ficava ativo quando o rato ia para um lugar diferente. Estas células localizadas no hipocampo (área do cérebro associada à memória) foram chamadas place cells (células de lugar) e constituem um mapa. Em 2005, o casal Moser encontrou a outra parte do cérebro onde se localiza a carta náutica, as grid cells (células de grelha) no córtex entorrinal, as quais são parecidas às linhas de longitude e latitude, as quais funcionam como o mecanismo neuronal para julgar uma distância e navegar. A combinação destes dois tipos de células constitui o nosso GPS interno, ou seja a nossa memória espacial. Nós, e os outros animais, criamos representações do mundo externo, dentro do nosso cérebro, e esta descoberta foi reconhecida como um avanço espetacular da ciência cognitiva.

Onde estou? Para onde vou? As células do lugar ajudam-nos a cartografar (guiar) as nossas viagens no mundo, e constituem uma espécie de andaime espaço/temporal/cerebral que suporta a memória autobiográfica. Como o cérebro computa? Não é com Java, mas com um outro tipo de linguagem ainda a descobrir. O caminho para a compreensão dos códigos neuronais da cognição está aberto, e o desafio está lançado simultaneamente à Biologia, à Ciência da Computação e à Filosofia.

Como é que o cérebro gera o comportamento? Vejamos então como os cientistas raciocinaram. Um modo de conhecer a resposta consistia em ligar a atividade daquelas células com o nosso comportamento e o dos animais. O sentido do lugar exigia que se respondesse à questão: quanto do hipocampo seria necessário cortar para que um rato não pudesse se lembrar dos seus novos ambientes envolventes? Seria o hipocampo homogéneo?  Os cientistas descobriram que um dos lados do hipocampo era mais importante, para a memória espacial, do que o outro, ou seja era importante revelar a anatomia daquela parte do cérebro, e em detalhe, para compreender a função cerebral subjacente.

Em 1996, o casal conseguiu dois pós-doutoramentos em Trondheim, um lugar universitário sossegado na Noruega. Obtiveram o apoio financeiro da CEE e da Noruega, e os resultados começaram a surgir. A sua atenção focou-se na descrição do sinal das células de lugar, no hipocampo, e em como os sinais se propagavam fisicamente através dessa área. Adotaram a técnica experimental habitual. O rato (com elétrodos) ia de um lugar para outro, os neurónios disparavam, e formava-se um padrão hexagonal no ecrã do computador. Descobriram que a informação, que ia para as células de lugar, vinha do córtex entorrinal. Ninguém havia prestado atenção a esta área, em parte porque o seu acesso era difícil e porque uma câmara estava perto. Pediram ajuda a um colega de neuroanatomia, e repetiram várias vezes as experiências. Uma surpresa intrigou-os: havia um padrão (rede hexagonal) no ecrã, que não compreendiam, nomeadamente a simplicidade e a regularidade. Era a representação do espaço na linguagem do cérebro, o código. A descoberta foi publicada na revista "Nature" em 2005.

As células de grelha, do cérebro dos ratos, passaram a ser o alvo da observação. O padrão de disparo das células permanecia constante, não dependendo da velocidade e direção do animal. E, havia algo diferente quando se comparava com as células de lugar: se o ambiente mudasse um pouco (a cor das paredes), a taxa de disparo mudava, mas no caso das células de grelha a taxa ficava inalterável. Descobriram também que as diferentes células do córtex geravam muitos tipos diferentes de grelhas, e que se arranjavam de acordo com uma regra matemática precisa. Curiosamente, as células que geravam as grelhas pequenas, com espaço estreito, estavam no topo do córtex, e as que geravam grandes grelhas na parte debaixo do córtex. E, as células que faziam grelhas com o mesmo tamanho e orientação pareciam agrupar-se em módulos.

Este género de novidades, ligando o cérebro, a memória e a localização, já tinham perturbado os filósofos da Antiga Grécia, quando pretendiam memorizar um longo discurso, pois recorriam a mnemónicas, a disposição de um edifício ou uma rua ligada a marcas (referências) mentais para ativar secções da memória. No século 20, os comportamentalistas colocaram como hipótese que os animais tivessem um mapa abstrato do espaço, no interior do cérebro, e agora as células de grelha provaram que havia algo na mente para a resolução espacial e que poupava energia.

Helder Coelho, professor do Departamento de Informática de Ciências
Anfiteatro com pessoas

A Conferência Interativa Lisboa Viva ocorreu no campus da CIÊNCIAS, no passado dia 22 de janeiro, sob o mote: evoluir juntos para cocriar o futuro de Lisboa e inspirar Portugal. O evento surge na sequência da pós-graduação Transcender a sustentabilidade – Uma abordagem de sistemas vivos à evolução empresarial e institucional.

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No dia 24 de janeiro, a Oficina das Energias | Núcleo de Estudantes de Engenharia da Energia e Ambiente voltou a sair em missão, desta vez rumo ao Bairro da Bela Vista, em Setúbal.

Banner Dia Aberto de CIÊNCIAS 2025.

O Dia Aberto da Faculdade de Ciências ULisboa é um momento especial, dirigido a alunos e professores do ensino secundário, bem como a todos os que desejem conhecer de perto a nossa instituição. Durante o evento, serão apresentados os nossos cursos de licenciatura, oferecendo uma visão ampla e concreta das áreas científicas que aqui se desenvolvem. Os participantes terão a oportunidade de explorar laboratórios de investigação, assistir a demonstrações científicas e interagir com estudantes, professores e investigadores, compreendendo de forma prática como a ciência pode contribuir para resolver problemas reais e promover o bem-estar social.

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Com o objetivo de avaliar e promover o bom estado ambiental do meio marinho, monitorizar e proteger os ecossistemas, o projeto CoastNet 2030 teve início este mês.

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Pedro Campos frequenta atualmente o 4.º ano de doutoramento em equações diferenciais parciais que dependem em operadores diferenciais fracionários, orientado por José Francisco Rodrigues, professor catedrático de CIÊNCIAS recentemente eleito Presidente da Academia das Ciências de Lisboa.

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Voluntárias da HortaFCUL mondam ninhos de plantas no Bioilhas@MARE

A HortaFCUL celebrou 15 anos de existência no ano passado. O relatório de atividades de 2024 da HortaFCUL já está disponível para leitura.

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Fernando Vaz Dias

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O primeiro retiro científico desta edição do programa Novos Talentos da Fundação Calouste Gulbenkian aconteceu em dezembro, em Coimbra, e os bolseiros de CIÊNCIAS, acompanhados dos seus tutores, tiveram oportunidade de participar e partilhar experiências e conhecimento.

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O programa 90 Segundos de Ciência é um projeto de divulgação científica que desde 2016 dá voz aos investigadores portugueses em minuto e meio.

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No dia 11 de dezembro, a biblioteca José Pinto Peixoto do Instituto Dom Luiz (IDL) encheu-se de caras amigas, colegas e ex-alunos para receber a última lição de Pedro Miranda, professor catedrático de CIÊNCIAS e ex-diretor do IDL.

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No dia 5 de dezembro, a Universidade de Lisboa recebeu o Selo de Qualidade Academia Voluntária, prémio atribuído pela Cooperativa António Sérgio para a Economia Social (CASES).

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