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

SESSÕES DE APRESENTAÇÃO & ESCLARECIMENTO

 

- 23 Maio 2014 (6ªF), 17:00-18:30h, sala 2.2.14

o    Biologia da Conservação (BC)

“Houve muitos [episódios] interessantes e inesperados. Os mais marcantes foram o encontro, o conhecimento e o convívio com alunos excecionais”, declara Filipe Duarte Santos, professor do Departamento de Física de Ciências, sobre a sua experiência ao longo dos anos na Faculdade.

O DEIO divulga mais uma oferta de emprego.

Acesso Gratuíto Cochrane Library via b-on

O Institut Français du Portugal, O Centro de Oceanografia da Universidade de Lisboa e a Fundação Calouste Gulbenkian apresentam o Coloquio internacional “Oceanos: de ambiente frágil a recurso sustentável”.

No dia 7 de Maio o Departamento de Matemática da FCUL associou-se à AÇÃO ESCOLA SOS AZULEJO com a atividade “Com um simples azulejo” em que participaram alunos do 3º ano de escolaridade da Escola Básica Santo António do Agrupamento de Esc

DI-FCUL visita Escola Secundária Rainha D. Leonor

Muhnac

Venha conhecer as rotas do conhecimento que ligam o Muhnac a outros museus e locais da cidade.

Está disponível um acesso gratuito ao ChemInform RxnFinder

Doutoramento e Mestrado em Ciência Cognitiva 

6ª Edição, 2014-15

A revista mais prestigiada na área da Biologia Computacional publicou um artigo que resulta de uma investigação financiada pela Fundação para a Ciência e a Tecnologia e que inclui investigadores de Ciências e da Universidade de Harvard.

O Centro de Investigação Operacional vai realizar no dia 21 de maio, pelas 14h30, na sala 6.4.30 um seminário intitulado Formulations and Exact&nbs

O Centro de Estatística e Aplicações da Universidade de Lisboa vai organizar de 4 a 6 de Junho de 2014 um curso intitulado "On Flexible Bayesian Methods for Diagnosis and ROC Curve Estimation".

Conferência no dia 21 de Maio, pelas 16h00, sala 6.2.56, Edifício C6, FCUL, Campo Grande, Lisboa.

Dia: 22 de Maio (Dia Internacional da Biodiversidade)

Apesar de já existir há dois anos e meio, e como há sempre novos funcionários/Docentes a entrar, vimos por este meio divulgar mais uma vez o Sistema de Impressão FCUL para funcionários/Docentes da FCUL.

Dinâmica da Actividade Cerebral -

Perspectivas e oportunidades num dos grandes problemas científicos deste século

Medalha internacional de História das Ciências, Marta Lourenço

Ana Eiró, Fernando Bragança Gil, Maria Alzira Ferreira, Luís Mendes Vítor, Virgílio Meira Soares, Fernando Catarino, Fernando Parente, Noémio Marques, Galopim de Carvalho, são algumas das individualidades de Ciências que Marta Lourenço recorda, em jeito de agradecimento, pelos ensinamentos transmitidos.

A iniciativa existe desde 2008. “Um pequeno Roteiro pela Energia Solar Fotovoltaica na Faculdade de Ciências” inclui visitas guiadas ao Campus Solar e à central de mini geração fotovoltaica nos telhados da Faculdade de Ciências, e ainda a palestra “A revolução solar vem aí!”, proferida pelo professor António Vallêra.

“Os ensinamentos adquiridos em Ciências estão na base das investigações que tenho desenvolvido, foi através deles que adquiri os conceitos e conhecimentos que me permitem desenvolver o estudo dos materiais. Por outro lado, a interação com diferentes áreas da Geologia permite absorver muita informação importante para a interpretação de muitos dos achados”, explica a investigadora Elisabete Malafaia.

Jean-Paul Montagner, Institut de Physique du Globe, Université Paris-Diderot, Paris, France

António Castelo, Aidnature

"Recordo-me sobretudo dos professores e da matéria que dava nas aulas. A minha pancada com evolução é forte e já nessa altura era. Ainda hoje nada me dá mais prazer do que aprender e compreender como funciona a vida na terra. Tive muito bons professores durante o curso e isso foi fundamental até quando, mais tarde, saí para fazer o mestrado em Inglaterra", conta o antigo aluno de Biologia de Ciências, António Castelo.

Expedição Aidnature

“Cada animal, cada comportamento é um desafio. O momento em que conseguimos a imagem de que estamos à espera e que imaginámos na nossa cabeça, é de uma adrenalina enorme, que contrasta com a paz que é estar horas no campo à espera”, declara António Castelo, antigo aluno do curso de Biologia de Ciências, agora biólogo na Aidnature.

 Nos dias 29 e 31 de outubro de 2014 realiza-se uma reunião em Heildelberg, na Alemanha, com o intuito de apresentar os 106 novos membros ao EMBO Council.

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