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O velocímetro neural do nosso cérebro

29.07.2015

Pesquisadores da Universidade Norueguesa de Ciência e Tecnologia, May-Britt e Edvard Moser (May-Britt, Edvard Moser) descobriram neurônios de velocidade no cérebro de ratos - sua atividade mudava dependendo da rapidez com que o rato se movia.

Em 2005, os cientistas encontraram um grupo de células nervosas no córtex entorrinal que rapidamente se tornou conhecido como sistemas de GPS do cérebro. Essas células, por sua vez, disparam à medida que o indivíduo se move pelo espaço – ou seja, pode-se dizer que os neurônios marcam áreas de território. Sua peculiaridade é que esses neurônios são ativados de acordo com um esquema especial, quebrando o espaço em fragmentos hexagonais, fazendo com que pareça uma enorme treliça. Daí seu nome - neurônios de grade, ou neurônios de rede. O próprio córtex entorrinal desempenha um grande papel na formação da memória espacial e da memória declarativa (sobre eventos e objetos que vimos com nossos próprios olhos).

Mas, como é fácil entender, o trabalho das células de orientação espacial depende da velocidade com que o indivíduo se desloca pela paisagem. Obviamente, o funcionamento do sistema GPS neural deve ser corrigido por algum tipo de sensor de velocidade. Por outro lado, o mapeamento do terreno também depende do contexto circundante, da direção do movimento, da presença ou ausência de limites. Portanto, encontrar neurônios que detectassem velocidade era uma tarefa muito difícil: sua atividade no cérebro de animais experimentais tinha que ser separada da atividade de outros que respondessem a uma mudança de direção, contexto etc. muitas vezes para, e durante o tempo de parada, segundo os autores do trabalho, o cérebro - pelo menos aquela parte dele que é responsável pela orientação no espaço - geralmente muda para um modo diferente de operação.

Os neurocientistas usaram um engenhoso dispositivo semelhante a um carro sem fundo: o rato nele só podia se mover em uma direção e na mesma velocidade que o próprio dispositivo estava se movendo. O "carro" foi programado para mudar de velocidade, mas nunca parava durante aqueles 4 metros que ele "passou" junto com o rato. Como resultado, foi possível encontrar células cuja atividade mudava claramente com a aceleração ou desaceleração do movimento, e elas funcionavam mesmo que o animal estivesse se movendo no escuro. Nisso, eles são semelhantes aos neurônios da grade espacial, que funcionam independentemente do ambiente, delineando o espaço circundante independentemente do que está ao redor. (Outras células descobertas por John O'Keefe, que dividiu o Prêmio Nobel com o casal Moser, são responsáveis pelo preenchimento específico da paisagem.) Os neurônios de velocidade estão localizados no mesmo local dos neurônios da grade - no córtex entorrinal, e, muito provavelmente, ambos os grupos de células se comunicam ativamente com um amigo. Os resultados da pesquisa são publicados na Nature.

No entanto, não é certo que as novas células serão as únicas que terão a função de velocímetro. De acordo com Michael Hasselmo, da Universidade de Boston, ele e seus colaboradores em breve terão um artigo descrevendo vários tipos de neurônios de medição de velocidade, incluindo aqueles encontrados no córtex entorrinal.

Por outro lado, podemos relembrar um trabalho muito recente na Neuron - em que neurocientistas da Universidade de Bonn e do Centro Alemão de Doenças Neurodegenerativas descrevem um circuito neural que liga memória espacial e velocidade de movimento. Ao alterar a frequência dos impulsos neste circuito, foi possível influenciar o comportamento do mouse, como ele se movia. A cadeia de células de alta velocidade estava ligada ao hipocampo, o principal centro de memória; por outro lado, o córtex entorrinal também está incluído na "zona de influência" do hipocampo.

Embora todos os experimentos descritos tenham sido realizados em animais, em humanos, provavelmente, as coisas são exatamente as mesmas - afinal, é importante sabermos a velocidade de nosso próprio movimento. Talvez existam vários velocímetros neurais que juntos rastreiam os movimentos do corpo e os informam ao sistema GPS, que, por sua vez, junto com os mapas armazenados na memória, formam uma imagem de onde estamos.

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O tamanho do coletor de energia criado pelos cientistas é de apenas 2 cm de diâmetro, informa o serviço de imprensa da universidade.

Nota-se que esse desenvolvimento, denominado MEMS (sistema microeletromecânico com energia vibracional piezoelétrica), é aproximadamente 90 vezes mais eficiente que outros desenvolvimentos semelhantes.

O segredo para isso é o uso de um componente de metal em forma de U chamado de lupa dinâmica que amplifica as vibrações que o MEMS converte em eletricidade.

A lupa dinâmica possibilitou melhorar a geração de eletricidade sem aumentar o tamanho do aparelho.

O MEMS é baseado no uso do efeito piezoelétrico, um fenômeno no qual certos tipos de materiais produzem uma carga ou tensão elétrica em resposta à pressão aplicada.

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