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
Diogo Ribeiro e Madalena Mariano dão um workshop sobre cogumelos

Diogo Ribeiro e Madalena Mariano, estudantes do 3.º ano da Licenciatura em Biologia, criaram em CIÊNCIAS um projeto de cultivo e produção de cogumelos, o Dilena Fungi, com o propósito de fomentar a investigação sobre estes fungos e criar um laboratório no qual a comunidade possa aprender Biologia utilizando exemplos vivos. 

Manuel Martinho sagrou-se Tetra Campeão Universitário de Taekwondo concorrendo por CIÊNCIAS

Com pouco mais de vinte anos, Manuel Martinho já alcançou inúmeras conquistas no Taekwondo. Tem, ao todo, setenta e uma medalhas. Venceu mais de uma dezena de títulos de Campeão Nacional, sendo Penta Campeão Nacional de Seniores e Bicampeão Nacional de Sub21.

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Tiago Guerreiro, investigador de CIÊNCIAS e Vice-Diretor do LASIGE - Computer Science and Engineering Research Centre, acaba de ser distinguido com o prémio ACM SIGCHI Societal Impact Award – é o primeiro português a receber este prestigiado galardão.

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No dia 28 de fevereiro, celebra-se o Dia Mundial das Doenças Raras, uma data dedicada a dar visibilidade aos desafios enfrentados por pacientes e suas famílias, que muitas vezes lidam com dificuldades no diagnóstico, tratamento e apoio emocional.

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Na semana passada decorreu no PermaLab de CIÊNCIAS o primeiro Capacity Building Program no âmbito do projeto europeu PERMALABS.

Teresa Monteiro Fernandes

O artigo Relative regular Riemann-Hilbert correspondence II, publicado em 2023 pelo Compositio Mathematica (volume 159, n.º 7, 1413–1465), da London Mathematical Society, e da autoria de Luisa Fiorot, Teresa Monteiro Fernandes e Claude Sabbah, é um dos vencedores da edição 2025 do Frontiers of Science Award.

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Inês Carvalho, alumna de CIÊNCIAS, foi à Escola Básica de Santo António em Lisboa, no dia 18 de fevereiro, explicar aos mais pequenos a importância da conservação dos cetáceos, espécies de mamíferos marinhos, em Portugal.

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A rede global Rotary International, através do Rotary Club Cascais Estoril, selecionou uma dezena de personalidades portuguesas para distinguir este domingo, no âmbito das comemorações do 120.º aniversário da organização. Filipe Duarte Santos, alumni e professor jubilado de CIÊNCIAS e presidente do Conselho Nacional do Ambiente e do Desenvolvimento Sustentável (CNADS), foi distinguido com este prémio, pelo trabalho desenvolvido sobre as alterações climáticas.

O Grupo de Trabalho para o Restauro da Natureza (GT-RN) é um dos órgãos criados no âmbito do recém-aprovado Regulamento do Parlamento Europeu e do Conselho Europeu relativo ao restauro da natureza

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Dia 17 de fevereiro, por volta da hora de almoço, um sismo de magnitude 4.7 na escala de Richter, foi sentido por muitos.

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“O professor que mais marcou a lecionação da Matemática”.

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“Para mim, o melhor público são as crianças”, refere Inês Gomes, cientista e alumna de CIÊNCIAS. “Sempre adorei o desafio de fazer comunicação de ciência a crianças.

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CIÊNCIAS deixa hoje a sua conta, com mais de 4.500 seguidores, na rede social X.

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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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