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

Os alunos recrutados são dos cursos de Bioinformática e Biologia Computacional, Engenharia Biomédica e Biofísica, Matemática Aplicada e Tecnologias da Informação e Comunicação.

Octávio Pinto

O que fazem e o que pensam alguns membros da comunidade de Ciências ULisboa?

Jonathan Félix Rio Veloso, estudante da licenciatura em Tecnologias de Informação com minor em Biologia, faleceu na noite de 10 de janeiro. O funeral do aluno realiza-se no dia 12 de janeiro, pelas 14h30, na aldeia de Nozelos, situada no concelho de Valpaços.

 "Com um simples azulejo” é uma iniciativa do DM dirigida a alunos dos 1.º e 2.º ciclos do ensino básico destinada a explorar transformações geométricas no plano.

Ciências ULisboa pretende continuar a colaborar na formação académica, bem como no desenvolvimento de programas de investigação comuns e no estabelecimento de equipas que possam concorrer a fundos internacionais.

Entre os dias 9 e 30 de janeiro de 2016 inclusivé, a biblioteca do C4 também está aberta aos sábados das 9h00 às 17h00.

A área que mais gosta são as alterações climáticas e os seus efeitos. Durante estes anos em Ciências ULisboa sente que cresceu como pessoa e cientista. Carlos da Camara e Ana Bastos orientaram o projeto de licenciatura e ficaram surpreendidos com o talento da jovem estudante.

Encontra-se aberto concurso para atribuição de uma bolsa de Gestão Ciência e Tecnologia para licenciados em Estatística ou Matemática.

“Ciência, Prestígio e Devoção: os Jesuítas e a Ciência em Portugal”, editado pela Lucerna, no início de 2015, é a primeira abordagem à história científica dos jesuítas em Portugal nos séculos XIX e XX.

Para Ismael Tereno, investigador do IA e de Ciências ULisboa, é possível rastrear mais de um terço do céu, obtendo dados astronómicos com a qualidade adequada ao sucesso dos objetivos científicos da missão Euclid.

O Piloto 2 veio acrescentar mais informação léxico-semântica aos sistemas de tradução automática para todas as línguas do projeto: português, alemão, checo, búlgaro, espanhol, basco, holandês e inglês.

A última sessão deste ano acontece esta sexta-feira, dia 18 de dezembro, a partir das 20h00, no Grande Auditório da Faculdade, sito no edifício C3, no Campo Grande.

Através da iniciativa os alunos de Ciências ULisboa ficam a conhecer o processo de recrutamento e seleção da Galp Energia.

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"Reflexões sobre a neurobiologia da consciência" foi o tema da palestra de António Damásio.

Nos dias 26 e 27 de novembro de 2015 decorreu em Ciências ULisboa, a reunião anual do projeto europeu QTLeap – Quality Translation by Deep Language Engineering Approaches. Nesta reunião geral do segundo ano do projeto, os parceiros avaliaram os resultados obtidos com o protótipo 2 (Piloto 2)

Amélia Pilar Rauter e Catarina Dias

O website Nutriageing é destinado ao público em geral e já está disponível em nutriageing.fc.ul.pt.

New workstation computers for image analysis have been added to the C8 node of the FCUL Microscopy Facility, under BioISI management.

Sandra Nascimento Ferreira

É preciso pensar e realizar iniciativas que despertem os consumidores, ou seja, os diversos cidadãos, para a necessidade de reduzir a produção de resíduos, aumentado a consciência ambiental e a participação informada, crítica e reflexiva.

A Faculdade de Ciências da ULisboa realiza, pelo segundo ano consecutivo, a reunião anual do projeto QTLeap, que conta com a presença de todos os parceiros do consórcio e de outros investigadores, especialistas em processamento profundo de linguagem e em tradução automática.

A partir de janeiro de 2016, a ULisboa disponibiliza um espaço de apoio

O aluno do Mestrado em Matemática e colaborador do CEMAT (Centro de Matemática Computacional e Estocástica) Bernardo Hipólito Fernandes, ganhou uma bolsa de estímulo à investiga&cc

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