PÁGINAS

terça-feira, 10 de março de 2009

DIALOGANDO COM O NOVO DUALISMO DO GENIAL MIGUEL NICOLELIS

Gilson Lima – Sociólogo da Ciência – IPA.
Pesquisador do Research Committee Logic & Methodology and at the Research Committee of the Clinical Sociology Association International Sociological (ISA).
E-mail: gilima@gmail.com.
Blog http://glolima.blogspot.com

Tenho um imenso respeito e admiração pelo profundo, inteligente e criativo trabalho realizado por Miguel Nicolelis e sua equipe no Brasil e nos Estados Unidos. No entanto, gostaria de fazer alguns comentários não de seu trabalho em busca de descobertas e conquistas dos caminhos corpo-cérebro e mente, mas de algumas de suas abordagens mais epistemológicas, sociológicas e teóricas.

Miguel Nicolelis afirmou que estamos chegando perto de fazer algo que os nossos colegas fizeram há alguns anos na parte da genética, de não só reconhecer as sílabas do código neural, mas também de começar a tentar decodificar de verdade a linguagem usada pelos circuitos neurais para gerar comportamentos. Será mesmo de todo tipo de comportamento? Não será “apenas” (entre aspas, pois não é algo menor) o entendimento da ponte entre o comportamento motor na escala molecular/celular em simbiose com o comportamento motor na escala macrofísica do corpo ou com o corpo e um artefato cibernético e não corporal que também opera no mundo do visível e do elétron não visível a olho nú - em simultaneidade -com o nosso escrachado macro-mundo.

Será que não se está “apenas”(novamente entre aspas de propósito) registrando cronicamente as alterações contínuas que o cérebro sofre quando esse animal aprende algo no plano motor ou quando o cérebro converte um aprendizado motor em consolidação de memória de longo prazo podendo posteriormente realizar o aprendizado para fora do cérebro de modo independe do próprio corpo em que ele depende para suas funções motoras específicas?

Na minha abordagem da simbiose orgânica e inorgânica em complexidade as atividades motoras são mais dependentes de uma tarefa especializada e menos complexa. Vejamos o exemplo da macaca Aurora que opera o braço motor direto do comando cerebral. Primeiro ela precisa muito de seu corpo para continuar operando o braço cibernético, por exemplo, precisa estar respirando (poderia estar respirando numa máquina artificial), mas precisa de fluxo sanguíneo (poderia estar imbricada numa máquina também artificial de pressão sanguínea e até mesmo o próprio sangue poderia ser sintético) a priori poderia quase a totalidade motora do corpo da Aurora num futuro ser mecanicamente substituído, mas nunca, é claro, cérebro (encéfalo). Será?
Você não pode fazer um transplante cerebral, pode fazer do coração, dos pulmões, mas do cérebro não seria mais você mesmo. Será? Será possivel o cérebro como um complexo sistema auto-organizado se auto-organizar de modo independente do corpo/ambiente?

Mesmo compartilhando de modo menos radical de uma abordagem simbiótica do corpo obsoleto é preciso lembrar que o sistema nervoso é altamente sensível a invasões, ele se defende de qualquer ameaça interna até mesmo um simples eletrodo como o que foi implantado no córtex motor da macaca Aurora e que pode ficar ali apenas por quinze dias (coitada da Aurora seu próprio cérebro e as células glias a mataram. Mataram?) Certamente, todo o eletrodo mesmo de tungstênio implantados num cérebro de qualquer mamífero como o da Aurora receberá muito rapidamente e em alguns dias toda uma cobertura que impedirá seu funcionamento (as glias agem em defesa dos neurônios e matará o cérebro).
Mas o que me impressiona é que todo o avanço da pesquisa cerebral foi possível graças ao monismo materialista da neurociência, mas esse mesmo avanço está por reinventar um novo dualismo onde segundo o próprio Nicolelis a perspectiva de construir pela primeira vez ligações diretas do cérebro com máquinas, robôs permitiu definitivamente, nos últimos dez anos principalmente, que o cérebro se libertasse dos limites do corpo.

Não deixa de ser um novo re-encontro com a velha noção antiga e clássica do dualismo dos Egipcios, dos gregos e do próprio Descartes. O mesmo Descarte que considerava o cérebro ummero objeto mecânico-receptor de interações externas e desnstitido de capacidade de sujeitamento.
Claro que no caso dos Egípicios e dos gregos e mesmo de Descartes era a alma o instituto superior diante do corpo. Nem mesmo o cérebro para os egipcios era importante.
Os mais remotos antepassados do antigo Egito, sacerdotes responsáveis pela preparação dos mortos para a viagem em outra vida eterna, inseriam um gancho pelo nariz dos cadáveres, rompiam o osso etmóide, fino como uma casca de ovo, e pescavam o cérebro, pedaço por pedaço, até esvaziar por completo o crânio, preenchendo em seguida com panos. O coração, ao contrário, permanecia no corpo por ser considerado a sede da inteligência. Sem ele, ninguém seria admitido na outra vida.
Hoje é difícil entender como o cérebro podia ser descartado assim, mas ao longo de toda a Antiguidade, muitos o consideravam sem importância.

O próprio ARISTÓTELES. (130-200 d. C.) foi um importante filósofo que desconstruiu a tese da importância cosmológica do cérebro. O cérebro para ele não combinava com a sua concepção de alma. A Alma Aristotélica era racional, superiora.
Ela acreditava que o coração e sua pulsão energética era o centro biológico do intelecto. O cérebro (o encéfalo) era um mero radiador que servia para resfriar o sangue que era superaquecido pelo coração. Assim, o temperamento racional do cérebro era explicado pela sua grande capacidade de resfriamento.
Uma coisa é comum a toda a história da ciência do cérebro/mente em geral o corpo sem foi desconsiderado. Na anatomia platônica o corpo era a porção da alma que deseja a carne e outras bebidas e as outras coisas de que necessita em razão da natureza corpórea. É a parte da alma, chamada de alma vegetativa responsável pelo crescimento e nutrição do corpo, mas também por paixões inferiores – luxúria, desejos e ganância.
Como finaliza Nicolelis falando em nome de uma criança: “Fui eu que participei da primeira demonstração que o cérebro se libertou do corpo e voltou a sonhar”. (Nicolelis).

Vejamos rapidamente um comentário crítico sobre esse curioso retorno ao dualismo realizado por um eminente neurologista experimental e eminente materialista. Um dualismo expresso na idéia do cérebro se libertando do corpo ou da noção mais pop da cibernétização do corpo como corpo obsoleto.

Distingo entre Inteligência Artificial no sentido forte e no sentido fraco. Para ambas o problema básico é o conceito de inteligência. Já fiz inúmeras críticas a esse reducionismo conceito de inteligência, principalmente numa publicação intitulada: Síndrome de Frankenstein. Se os gregos reduziram a noção de conhecer a razão, re-significada na modernidade industrial como matematização mecânica ou algébrica da natureza, os mais modernos cognitivistas reduziram ainda mais a noção de inteligência a de modelagem informacional ou de conhecimento como cognição ou mais precisamente como processamento eletrônico e computacional de informações.
Vejamos o problema do dual entre o Behaviorismo x Ciência cognitiva.

CIÊNCIA DO COMPORTAMENTO. => behavioristas que desde o século XX quando os apresentaram suas propostas e pesquisas interessadas em uma ciência do comportamento observável (mensurando pela observação o comportamento visível) e reduzindo praticamente toda a aprendizagem ao limite estrito dos métodos públicos de observação, que qualquer cientista pudesse aplicar. Mesmos os educadores críticos do behaviorismo não questionavam o postulado comportamental, ao contrário, mostravam ou tentavam demonstrar que os condicionantes do forte componente do cânone behaviorista na crença da supremacia e do poder determinante do meio ambiente não eram adequados. Questionava-se a disciplina e até mesmo as bases biológicas da memória condicionada pelo comportamento. Era interessante que os críticos da aprendizagem behaviorista criticavam a desconsideração dos comportamentalistas da reflexão subjetiva ou da introspecção particular, mas nada de biologia da aprendizagem. A crítica era também macro comportamental.

CIÊNCIAS COGNITIVAS => A partir da metade do século XX surgem as abordagens cognitivistas (mais computacionais coincidentemente os cognitivistas aparecem junto com o surgimentos das máquinas computacionais), ou seja, onde a idéia de conhecimento se funde na da cognição como tratamento de informação, conteúdo ou mesmo raciocínio o processo do determinismo se fixou ao contrário. Os problemas levantados pela organização da linguagem e da aprendizagem passam a se referir como referências de atividades cerebrais. Desde processos motores, sensórios ou até mesmo erros cometidos por indivíduos - por exemplo, lapsos verbais – são processos cerebrais que incluem a antecipação e produção de palavras. Desconsidera-se o dogma dos behavioristas de que toda atividade psicológica pode ser adequadamente explicada apenas em termos de comportamento visível, agora uma gama de comportamentos celulares e moleculares tornam-se referentes para uma neurobiologia da aprendizagem.
Para os cognitivistas todas as seqüências comportamentais têm de ser planejadas e organizadas com antecedência. Assim, por exemplo, no caso da fala, os mais altos nós da hierarquia envolvem a intenção geral que provoca a expressão, enquanto a escolha da sintaxe e a produção real de sons ocupam nós mais baixos da hierarquia. O sistema nervoso contém um plano ou estrutura geral, dentro do qual unidades de resposta individuais têm de ser encaixadas de modo independente do feedback específico num ambiente.
Ao invés de o comportamento ser conseqüência de incitações ambientais, processos cerebrais centrais, na verdade, precedem e ditam as maneiras pelas quais um organismo realiza um comportamento complexo.
Os cognitivistas desafiaram a análise comportamental corrente na época questionando dois grandes dogmas da análise neurocomportamental: 1. a crença de que o sistema nervoso encontra-se em um estado de inatividade a maior parte do tempo e 2. a crença de que reflexos isolados são ativados apenas quando surgem formas específicas de estimulação.
Para eles o sistema nervoso era constituído de unidades sempre ativas, hierarquicamente organizadas, com o controle emanando do centro e não de estimulação periférica questionando a idéia de um sistema nervoso estático e afirmando as evidências existentes de um sistema dinâmico, constantemente ativo ou, melhor dizendo, composto de muitos sistemas interativos.
As pesquisas de Nicolelis são geniais e muito significativas, mas é o próprio Nicolelis, em contradição, afasta-se da perspectiva cognitivista quando lembra Psicólogo canadiano, Donald Hebb.
Hebb, esse psicólogo canadiano, nascido em 1904 e falecido em 1985 que doutorou-se na Universidade de Harvard nos Estados Unidos da América em 1936. A partir de 1947 e que publicou Organização do comportamento. Segundo o próprio Nicolelis esse é um dos livros mais citados e menos lidos da neurociência – é presença quase obrigatória em listas de referências bibliográficas de trabalhos da área, mas as citações se referem sempre a um mesmo parágrafo sobre a “lei do aprendizado”. Mas a contribuição de Hebb foi imensamente maior. “Ele foi o primeiro a declarar que não existe a ditadura do neurônio único”, conta Nicolelis. O que existem são circuitos. Como Hebb não tinha provas experimentais de suas teorias, porém, a publicação não teve impacto imediato. “Ele criou uma nova era sem que ninguém percebesse” (afirmou Nicolelis).
Lembro também de Humberto Maturana. Um biólogo (Neurobiologia), filósofo, chileno, crítico do Realismo Matemático e criador da teoria da autopoiese e da Biologia do Conhecer, junto com Francisco Varela e faz parte dos propositores do pensamento sistêmico e do construtivismo radical.
Desafiando o domínio da ciência cognitiva. Onde se situa Humberto Maturana? Ele desafia os cognitivistas, pois mesmo concordando, como biólogo, da primazia do sistema nervoso para a aprendizagem discorda veementemente do representacionismo que compartilha da noção de que capturamos através dos sentidos um mundo que é dado de antemão, com relação aos quais nossos esforços devem ser então de descoberta, desvendamento ou revelação do que está oculto.
Maturana fala do sistema nervoso em relação ao conhecimento, mas não em termos meramente de neurônios e impulsos nervosos, mesmo sabendo de sua importância. Ele está interessado numa dinâmica mais complexa do fenômeno do conhecer. Ele foi um dos que mais contribuiu na consolidação da idéia de sistema nervoso como um sistema fechado, ou mais precisamente, a visão do ser vivo como um sistema fechado (autopoiese). Ele defendeu uma conexão complexa entre o sistema nervoso junto ao organismo. Os dois sistemas, organismo e sistema nervoso para ele é um sistema complexo que opera com conservação da organização, como um sistema fechado, como uma rede de produções de componentes no qual os componentes produzem o sistema circular que os produz. Por isso Maturana afirma que viver é conhecer. No momento em que o organismo não está mais em congruência com sua circunstância, morre — acaba o conhecimento de sua circunstância. Mas a pergunta é: como relacionar o fechamento do sistema nervoso e o fechamento do organismo, com o conhecer? Como pode o fechamento desses sistemas gerar o conhecer? O que acontece com a idéia tradicional de sistema nervoso como um sistema aberto que capta informações pelos sentidos e com elas constrói representações internas do mundo exterior?
Humberto Maturana nega a noção de representação no momento em que encara o sistema nervoso como um sistema fechado. A noção de representação se acaba no momento em que para ele a atividade da retina não pode ser correlacionada com as características do estímulo: o que se pode correlacionar com a atividade da retina é o nome dado à cor. Portanto, a cor, a experiência cromática, deixa de ser uma representação do mundo, passa a ser uma configuração do mundo. Segundo o próprio Maturana:

“A representação é um comentário do observador sobre a correlação entre organismo e circunstância. Sempre que eu encarar um sistema em congruência com sua circunstância e olhar a correlação entre sistema e circunstância, eu posso falar do operar do sistema como se ele operasse com uma representação de sua circunstância”. (Maturana – Livro: Ontologia da Realidade).

É uma mudança radical na maneira tradicional de ver as coisas. Tradicionalmente concebemos a linguagem como sistemas de signos e regras que os falantes manipulam. Para Maturana antes de signos e regras tem que haver a linguagem para que surjam os signos ou as regras porque as regras, os signos e símbolos são resultados desse operar. E isso completa o círculo (linguagem -> signo e regras -> observação como experimentação do conhecer -> expressão compartilhada do saber).
Experimentar o saber envolve para Maturana uma bioneurologia das emoções. Assim, Maturana apesar de enfatizar a cognição e os aspectos biológicos da cognição se afastam da hegemonia das ciências cognitivas por entender que o processo de conhecer tem uma base biológica mais complexa do que meramente computacional. A complexidade do humano é muito mais ampliada e envolve entrelaçamentos múltiplos de ser com as emoções e a razão. Interagir entre símbolos e regras são processos secundários perante a linguagem e para ele, todo sistema racional se constitui no operar com premissas previamente aceitas, a partir de uma certa emoção.
Hoje, descobertas recentes apontam evidências cada vez maiores que sugerem que o cérebro não é computacional tal qual pensavam os ciberneticistas da inteligência artificial. Além de todo o processamento químico e emocional, a lentidão dos processos cerebrais e a imensa capacidade de esquecimento são apenas alguns dos fatores mais comuns que diferenciam substancialmente e funcionalmente o cérebro humano de um modelo computacional. Os estados de mentitude não se reduzem a computação. Alguns processos mais primários como os motores podem ser reduzidos a processamentos computacionais e elétricos, mesmo tendo na sua origem hibridizações químicas sofisticadas.
Foi o cognitivismo informacional que acabou a nos levar a privilegiarmos muuito na pesquisa cérebro-mente o papel do neurônio (essa frágil e complexa célula informacional). No entanto o cérebro é formado também por células glias e elas são nove vezes mais numerosas que os neurônios no cérebro e no resto do sistema nervoso. Cada vez mais descobrimos que elas desempenham um papel muito mais importante do que se imaginava para os processos mentais.
Um dos mais respeitáveis cientistas que examinaram seções do cérebro de Einstein foi Marian Diamond, da Universidade da Califórnia, em Berkeley. Diamond não encontrou nada de incomum em relação ao número ou ao tamanho de seus neurônios. Mas, no córtex de associação, responsável pelo conhecimento de alto nível, descobriu um número surpreendentemente grande de células conhecidas como glias - uma concentração muito maior do que a encontrada na média dos Alberts por aí. Mera coincidência? Talvez não. Evidências cada vez maiores sugerem que as células glias desempenham um papel muito mais importante do que se imaginava. Durante décadas, fisiologistas se concentravam nos neurônios como os principais comunicadores do cérebro. Achava-se que as células glias, apesar de superarem os neurônios na proporção de nove para um, tinham somente papel de manutenção: levar nutrientes dos vasos sanguíneos para os neurônios, manter um equilíbrio saudável de íons no cérebro e afugentar patógenos que tivessem escapado do sistema imunológico. Com o apoio das células glias, os neurônios ficavam livres para se comunicar por meio de pequenos pontos de contato chamados sinapses e para estabelecer uma rede de conexões que permite pensar, lembrar e pular de alegria.
Os neurologistas ainda estão cautelosos e evitam atribuir importância à glia rápido demais. Apesar disso, estão entusiasmados com a perspectiva de que mais da metade do cérebro permanece inexplorada e pode representar uma mina de ouro em informações sobre o funcionamento da mente.

GENES, CIRCUITOS E COMPORTAMENTOS: navegando na fronteira da neurociência



Palestra de Miguel Nicolelis - 2008

...Nós estamos chegando perto de fazer algo que os nossos colegas fizeram há alguns anos na parte da genética, de não só reconhecer as sílabas do código neural, mas também de começar a tentar decodificar de verdade a linguagem usada pelos circuitos neurais para gerar comportamentos.
... para nós foi como a primeira imagem do telescópio Hubble para o cara que estava sentado no Jet Propulsion Lab na Califórnia, quando virou o botão e o telescópio Hubble ligou, e pela primeira vez ele olhou 15 bilhões de anos para o passado e encontrou uma galáxia ou uma protogaláxia... Para nós essa é a nossa protogaláxia, a primeira vez que dezenas de eletrodos foram implantados num circuito neural, o circuito somestésico do rato, e essa foi a primeira imagem jamais registrada de um circuito neural num rato que usava as vibrissas para explorar o ambiente....
... Era como olhar para um pedaço do céu, ver uma estrela e tentar descobrir qual era a dinâmica de toda a galáxia em que essa estrela estava inserida. É difícil, né? Então essa é a primeira grande vantagem. A segunda é que a gente pode medir, como registramos cronicamente, as alterações contínuas que o cérebro sofre quando esse animal aprende algo ou quando ele se recupera de alguma injúria, de alguma patologia do sistema nervoso. O que a gente ganhou de troco aqui, que ninguém esperava quando essa técnica foi desenvolvida há 15 anos, foi a perspectiva de construir pela primeira vez ligações diretas do cérebro com máquinas, com robôs; e permitir que definitivamente, nos últimos dez anos principalmente, o cérebro se libertasse dos limites do corpo.
... uma beleza impressionante, é o princípio da homeostasia, em que o cérebro se adapta, e células individuais mudam o seu padrão de disparo fisiológico, mas quando você põe tudo isso junto num mesmo molho o número total de disparos elétricos é constante. Ou seja, existe um mecanismo de homeostasia que regula a função desses circuitos, que permite que a estatística de neurônios individuais mude sem que a estatística do universo neural seja afetada. Nicodelis, 2008.

Palestra de Miguel Nicolelis. 2008. ...
Professor e pesquisador da Universidade Duke, nos Estados Unidos. É também presidente do conselho do Instituto Internacional de Neurociências de Natal Edmond e Lily Safra e tem uma série de pesquisas na fronteira do conhecimento, articulando cérebro, próteses, movimento.


Transcrição:
... Agora pretendo terminar mostrando um outro exemplo. Como é que nós, usando as mesmas ferramentas, conseguimos estabelecer hoje em dia interfaces entre o cérebro e máquinas e como a gente usa essas interfaces para estudar o código neural e também para criar uma nova geração de próteses neurais que, eu espero num futuro muito próximo, possam devolver mobilidade a pacientes que sofreram lesões severas do sistema nervoso central, que produziram paralisia permanente ou da parte inferior do corpo ou da parte abaixo do nível da lesão, como, por exemplo, uma lesão cervical. Essas interfaces usam a tecnologia que eu acabei de mostrar a vocês para ler os sinais neurais, processá-los em tempo real, isso significa algo como uma janela de tempo entre 200 e 300 milissegundos, decodificar esses sinais, remetê-los a um braço robótico e, usando sinais que vêm desse braço robótico, reproduzir nesse braço robótico a intenção voluntária motora desses pacientes ou desses animais. E através de feedback do braço robótico ao cérebro informar ao cérebro quão eficaz, quão acurado esses movimentos são, sem que o animal exercite nenhum tipo de movimento do próprio corpo, ou seja, ele usa o pensamento para controlar a produção de movimento que ele quer executar para ganhar uma tarefa ou realizar uma taref a, e ele recebe a informação instantânea de quão bom foi esse movimento.
Essas são agora as áreas do cérebro de um macaco reso, onde a gente faz esses implantes no córtex motor e no córtex sensorial e posterior parietal, uma área associativa. E esse é o experimento que vocês vão ver... Eu vou terminar agora mostrando a vocês, tanto para os membros superiores como para os membros inferiores.
Então vocês têm que entender esse cartoon para poder entender a seqüência de filmes que eu vou mostrar. Então, vejam só, o macaco aprende a jogar um jogo de videogame como a gente joga. Ele segura o joystick e controla um cursor que tem como função nesse jogo em particular pegar um outro objeto que aparece em posições aleatórias no monitor. Enquanto ele aprende a jogar esse jogo, a gente registra a atividade neural desse macaco e tenta decodificar as informações motoras contidas nessas centenas de neurônios de tal maneira a remeter para um braço mecânico robótico as informações, os comandos, que o macaco manda para o próprio braço. Por quê? Porque a gente quer que esse braço reproduza os movimentos que o animal usa para jogar o videogame e ganhar o videogame. Esse robô manda informações visuais para a tela, que permite ao animal julgar quão bem esse movimento está sendo realizado.
Hoje em dia a gente também descobriu uma outra forma de fazer isso, que é mandar sinais táteis e sinais que denotam a posição do braço robótico no espaço de volta para o cérebro do animal, ou através da pele, ou mais recentemente através de eletrodos diretamente no cérebro. M as isso é uma outra história que eu conto depois. Chega um momento em que o animal está jogando esse jogo como qualquer um dos nossos filhos, ou até melhor. Um desses macacos realmente jogou melhor que o meu filho e foi uma situação meio desesperadora para ele, por alguns dias pelo menos. O que a gente faz? A gente remove o joystick, e, sem falar nada, informa a esses animais que agora o jogo tem que ser jogado sem joystick. E por tentativa e erro eles aprendem que chegou o momento de pensar em como jogar o jogo, porque a nossa interface cérebro-máquina agora vai ler os pensamentos motores do animal, decodificar a sua intenção motora, remetê-la para esse braço mecânico, e agora os nossos macacos vão usar esse braço mecânico como agente efetor para jogar o videogame. E é aí que se deu o nascimento desse campo, dessa área, com a criação da primeira interface cérebro-máquina que permitiu a um cérebro de primata escapar do corpo, esquecer das limitações do corpo e utilizar uma ferramenta criada por outro cérebro de primata para realizar o seu sonho de ganhar suco de laranja brasileiro cada vez que ele acertava o alvo na tela do monitor.
Então o que eu vou apresentar para vocês é a seqüência de filmes mostrando a nossa primeira macaca, a Aurora, que realizou toda essa seqüência de aprendizado... Eu não vou mostrar a matemática dos modelos, mas eles são modelos lineares de regressão múltipla. E aqui neste slide a gente vê a Aurora jogando, ela está usando aqui a mão esquerda para mover esse cursor, cada vez que o alvo aparece ela cruza o centro do alvo e ganha uma recompensa líquida, que é o suco de laranja brasileiro. Vocês vêem que ela tenta adivinhar. Apesar de ser da Ásia, ela joga que nem brasileiro, ela tenta adivinhar aonde vai aparecer o alvo com esses movimentos rápidos da mão e, quando o alvo aparece, ela tenta criar a trajetória mais rápida, que cruze o centro daquele alvo, e é por isso que a maioria dessas trajetórias são curvilíneas, porque a inércia do braço dela a leva para uma direção, leva para outra; quando o alvo aparece, ela tem que corrigir a trajetória e achá-la. Ela consegue jogar isso com 95%, 96% de acurácia, 3 mil vezes por dia, quase 500 ml de suco de laranja. O paraíso dos primatas da Duke é esse jogo aqui. No momento em que nós descobrimos que éramos capazes de prever até 21 parâmetros motores simultaneamente, da mesma população neural, o que responde a uma das questões que eu coloquei no começo da aula, um dos prepostos de Hebb (Veja publicação a seguir nesse Blog sobre o livro de Hebb), da mesma população de neurônios registrados simultaneamente, nós extraíamos até 21 diferentes parâmetros motores que eram usados para controlar o braço mecânico. O que nós fizemos então foi basicamente, pela primeira vez aqui em 2003, remover o joystick e basicamente deixar a Aurora imaginar os movimentos, porque daqui para a frente todas as trajetórias que vocês vão ver na tela são trajetórias sendo criadas pelo pensamento motor da Aurora e transmitido aos nossos computadores; os parâmetros motores sendo extraídos, remetidos a um braço robótico que se encontra do outro lado da sala, e é o punho, a mão do braço robótico que agora controla os movimentos desse cursor e é ele que vai atingir o alvo e permitir que a Aurora ganhe a recompensa de suco de laranja e libere caldas de dopaminas no seu cérebro como recompensa por atingir o alvo corretamente. E, como vocês devem imaginar, não tem o horário aqui, eu acho, mas esse filme foi feito às 3 da manhã, em uma noite, madrugada de inverno, na Duke University, do outro lado do vidro tem um espanhol, um russo e um brasileiro, que jamais esperavam que Aurora fosse fazer isso nessa noite, justo nessa noite. M as, para a nossa surpresa, ela continuou a jogar o jogo, sem se mexer, porque nesse momento o cérebro se libertou da necessidade de utilizar o corpo para realizar sua vocação motora. Ela não vê o braço que é um braço industrial e o movimento do braço apavora qualquer primata e qualquer lady primata como a Aurora, né? M as o que ela vê é o trabalho do braço, porque essas trajetórias são realizações do trabalho motor do braço. E é isso que treina o cérebro dela a melhorar, e melhorar, e melhorar, porque é um feedback visual que faz com que ela melhore sua performance. Mas o interessante aqui é que ela não deu bola para o fato de que não precisa mexer o braço. Ela aprendeu a imaginar o que era preciso para mexer o braço, sem que fosse necessária a realização do movimento. E isso é demonstrado no próximo slide pelo fato de que, quando ela usava o joystick, nós documentamos as contrações dos diferentes grupos musculares do braço fazendo o movimento. Mas no momento em que ela usa a interface cérebro-máquina os movimentos desaparecem, então o que vocês vêem é uma linha horizontal, que não há nenhuma atividade motora.
M ais recentemente... Primeiro eu vou mostrar para vocês o novo braço da Aurora, que para todos os efeitos, depois de algumas semanas usando esta interface, ela não só pode usá-lo para jogar o jogo como também pode usar seus braços biológicos para coçar as costas, pegar o outro objeto, tentar apanhar o cientista que passa do lado, para uma conversa mais próxima. Só que com os caninos de mais de 5 centímetros, essa conversa mais próxima não é muito desejável, pelo menos do ponto de vista do pesquisador. Mas, para todos os efeitos, essa interface permitiu que Aurora operasse no seu dia-a-dia com três braços. E eu não tenho tempo para mostrar isso nesse momento, mas, na análise que fizemos da atividade neural do córtex da Aurora, o que nós observamos é que lentamente as propriedades dinâmicas do braço robótico foram incorporadas aos mapas que representam o corpo da Aurora dentro do próprio cérebro, de tal maneira que aquele braço passou a ser a extensão do corpo da Aurora. É como um... – eu sempre uso esse exemplo - ...um tenista que começa a jogar bem, começa a jogar e de repente está jogando muito bem, aquela raquete não é mais um objeto, uma ferramenta criada para jogar tênis, aquela raquete passa a ser a extensão da representação do corpo daquele indivíduo dentro do próprio cérebro. E essa é uma das grandes, talvez das mais influentes, descobertas desses experimentos; é que esse nosso senso de ser, essa nossa sensação de existir e de ter um corpo finito, o nosso cérebro nos permite experimentar a sensação de ser além da última camada de epitélio do corpo. Essa sensação se expande até a última camada de átomos da ferramenta que o nosso cérebro controla, seja ela a nossa roupa, o nosso carro, o robô do outro lado da rua ou, como eu vou mostrar daqui a um minuto, pernas robóticas do outro lado do mundo. Porque um macaco como Aurora, há mais ou menos dois meses, uma macaca, perdão, é o ano internacional, o mês internacional da mulher, o dia internacional da mulher, algo parecido, eu estou procurando o dia internacional do homem, eu não encontrei ainda, mas... Temos que criar, porque nós estamos ficando maioria agora.
Essa outra macaca aqui se chama Idoya, o que ela fez foi imaginar os movimentos, eu vou mostrar rapidamente, das pernas, enquanto andando em uma esteira como a nossa, esses sinais foram remetidos para o Japão, um robô, o robô mais sofisticado bípede que existe no mundo, começou a andar sob o controle do cérebro da Idoya e mandou de volta para os Estados Unidos a confirmação de que os movimentos estavam ocorrendo como o planejado. Tudo isso em mais ou menos 226 milissegundos. Vinte milissegundos mais rápido do que leva para o sinal da cabeça da Idoya ser produzido e chegar às pernas biológicas dela.
Esta aqui é a Clementine. E a Clementine joga um joguinho um pouquinho mais complexo, ela está em um ambiente virtual, com aqueles óculos de luz polarizados que a gente usava para ir ao cinema, para ver imagens tridimensionais. Ela está em um ambiente virtual completo, imersa. E o que ela faz é usar o cérebro para comandar essa esf era e achar outra esfera, nesse ambiente que parece um pequeno Universo. O movimento que vocês vêem no background informa a Clementine onde é que a próxima esfera vai aparecer. A flecha informa a direção da força que ela tem que aplicar para conseguir pegar a esfera e a magnitude da força, porque essa flecha muda de tam anho, ela consegue integrar essas três variáveis visuais e produzir este tipo de movimento que vocês viram, que é altamente preciso, envolvendo três diferentes dimensões. Ela está jogando o jogo com o cérebro. Curiosamente, no caso da Clementine, a ilusão foi tão real, que a gente colocava ela nesse ambiente virtual nos últimos meses e, ela punha os óculos e de repente tentava pegar as esf eras. Evidentemente as esf eras não existem, elas são projetadas, mas ela tinha a sensação real de que havia esf eras andando pelo ambiente.
Então essa é a Idoya... A gente não sabia, mas macacos reso, se o corpo está suspenso, conseguem andar como nós. A maquinaria está presente, mas eles preferem andar de quatro, que é muito mais fácil, muito mais elegante e dá muito menos trabalho. O que vocês vêem aqui é uma trade new de macaco, hidráulica, para não produzir nenhum ruído elétrico, e ela basicamente segue o ritmo da trade new, com diferentes velocidades, ela anda para a frente, para trás, sobe, desce, faz programas, como qualquer programa que nós fazemos na esteira. E enquanto isso a gente registra o cérebro, a gente mapeia, usando luz fluorescente, usando uma marcação fluorescente, que é uma tinta fluorescente, como de um jogo, que acho que se chama paint ball, nós conseguimos marcar as articulações com essa tinta fluorescente e visualizar, usando três câmeras na sala, a posição dessas articulações continuamente no tempo. E registramos a atividade cerebral e observamos que a combinação de mais ou menos 300 células do córtex motor e somestésico desse animal nos permitem reproduzir o padrão de locomoção com aproximadamente 90% de acurácia. O que é mais alto do que a gente conseguia com os membros superiores.
Então a gente pode fazer a Idoya andar com diferentes padrões de velocidade e basicamente prever as trajetórias de cada uma das articulações e as trajetórias das pernas, de uma maneira geral em diferentes velocidades, em diferentes direções, em diferentes programas e ritmos de locomoção. E foi aí que a gente basicamente realizou um experimento que consistiu em pôr a Idoya andando, nos Estados Unidos, às 5 da manhã, e que foi o maior desafio do experimento, evidentemente, e enquanto ela andava, registrar a atividade de 300 células, simultaneamente, decodificar os sinais do cérebro, remetê-los ao Japão e observar, pela primeira vez, como é ter um robô japonês que anda como primata. Esse é o CB 1, que um dia desses vai ser conhecido na história da robótica e ter mais fama que os robôs do Spielberg. Então ele arma, no momento em que o sinal do cérebro chega dos Estados Unidos, ele começa a reproduzir o padrão de locomoção. E uma câmera posicionada aqui atrás, outra aqui na frente, sensores ao longo da perna do robô geram sinais que são remetidos de volta, para que a Idoya tenha a sensação do que é andar no Japão estando na Carolina do Norte. E evidentemente esse robô agora podia estar na superfície de Marte, podia estar na superfície de Vênus e a Idoya podia estar na praia de Ponta Negra, em Natal [Rio Grande do Norte], sentada, olhando o mar, imaginando como se anda em M arte e sentindo o que é andar em Marte... O seu cérebro, o cérebro dela, o meu, o nosso, um dia desses vai ter a possibilidade de não só controlar e realizar um desejo motor a milhões de quilômetros como recebê-lo de volta, instantaneamente, claro, com o delay da distância de transmissão, o que é estar presente no local onde a realização do pensamento da atividade neural produz um comportamento. E a nossa expectativa - é claro que nós não podemos perguntar para a Idoya como é isso, qual é a sensação de experimentar controlar algo a milhões de quilômetros -, a minha sensação é de que no momento em que isso se tornar algo real e que pacientes possam se vestir com a veste robótica e usar os próprios cérebros para controlar os movimentos dessa veste que vai carregá-los de volta à vida, literalmente, para novamente ter a possibilidade de andar pelo ambiente e exercitar esse quase milagre, que é transformar uma tempestade elétrica neural em movimento, a minha primeira pergunta vai ser: “Como p? Como p sentir a sensação de ter um cérebro que se libertou do corpo e hoje controla algo que nós mesmos criamos?”. Porque nesse momento a definição da nossa própria espécie muda, ela deixa de ser Homo habilis, o homem que cria, o animal que cria a ferramenta, e passa a ser o homo que cria a ferramenta e a incorpora como se ela fosse parte de nós mesmos. Essa é a nossa expectativa, de que um dia toda essa ciência, toda essa série de experimentos, se transforme em algo real, real do ponto de vista clínico, que é uma interface cérebro­máquina que hoje constituiu o que hoje chamamos de neuroprótese. E que permita que o paciente ao imaginar, porque nós sabemos hoje que esses pacientes continuam a imaginar os movimentos, que a atividade cerebral continua a ser produzida quando esse paciente pensa em se mexer. Ele não se mexe porque essa informação não chega à medula espinal e não chega aos músculos. M as, como dizia, a expectativa é de que um dia esses pacientes possam novamente sonhar em se mexer, imaginar esses movimentos, que essa informação seja capturada por um implante, um chip, como o que nós acabamos de mostrar, e que, através de uma série de modelos matemáticos, essas intenções voluntárias de movimento possam ser traduzidas em movimento de verdade. E a expectativa é de que essa veste seja realm ente quase de corpo inteiro, de tal maneira que o cérebro desses pacientes possa reproduzir todos os movimentos naturais que foram perdidos em decorrência da lesão do sistema nervoso.Nós já começamos a realizar os primeiros registros e os primeiros experimentos em pacientes, como eu falei, em procedimentos neurocirúrgicos. Esse foi nosso primeiro trabalho, há três anos, com 11 pacientes, em que nós demonstramos que, usando a mesma tecnologia, os mesmos modelos matemáticos, nós conseguimos registrar a atividade como em macacos e, talvez o mais importante, conseguimos reproduzir os movimentos da mão do paciente em dez minutos durante o procedimento neurocirúrgico para a doença de Parkinson, o que sugere que essa tecnologia tem a possibilidade de se transformar em realidade. E parte dessa realidade, a gente espera, vai tomar forma e contribuir para esse esforço mundial, desse consórcio mundial que foi criado há três anos para realizar esse experimento aqui no Brasil, parte dessa realidade vai acontecer aqui, nas novas dependências do Instituto Internacional de Neurociências de Natal Edmond e Lily Safra, que já estão operando, que já estão trazendo de volta para o Brasil neurocientistas, que já estão constituindo hoje um dos maiores esforços privados de educação científica infanto-juvenil, com mil crianças participando de duas escolas, crianças da rede pública, do pior distrito escolar do país. Um projeto que envolve treinamento de professores da rede pública e que eu espero a partir da anuência do presidente da República, do ministro da Educação, como noticiado na Cientific American algumas semanas atrás, seja levado nos próximos três anos para 1 milhão de crianças que participam dos projetos educacionais do Cefet, das redes do Cefet no Brasil, de tal maneira que esses sonhos, que hoje podem soar como delírios, alucinações científicas, possam fazer com que mais sonhadores brasileiros nasçam, mesmo em regiões onde nunca no Brasil se associaram a produção científica, a educação científica e a transform ação de conhecimento de ponta e novas terapias, novos tratamentos, novas formas de revolucionar o mundo. E eu espero que um dia, daqui a 30 anos, uma dessas crianças que freqüentam nossa escola possa chegar aqui e dizer: “Fui eu que participei da primeira demonstração que o cérebro se libertou do corpo e voltou a sonhar".

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segunda-feira, 9 de março de 2009

Nanotecnologia e Sol para água limpa

Cientistas usam nanotecnologia para criar equipamento de desinfecção da água com base na luz solar. Objetivo é auxiliar comunidades carentes e atenuar impactos das mudanças climáticas no acesso aos recursos hídricos Fábio de Castro escreve para a “Agência Fapesp”:Cientistas irlandeses estão utilizando a nanotecnologia para aprimorar um método de baixo custo para a desinfecção da água por meio da luz solar. O objetivo é minimizar os impactos das mudanças climáticas sobre a saúde humana.De acordo com a Organização Mundial da Saúde (OMS), mais de 1,8 milhão de pessoas – a maior parte crianças com menos de 5 anos – morrem anualmente em decorrência do consumo de água contaminada. Esse quadro deverá se agravar ainda mais com o aquecimento global, de acordo com os relatórios do Painel Intergovernamental de Mudanças Climáticas (IPCC).Estudos coordenados por Patrick Dunlop, professor da Escola de Engenharia da Universidade de Ulster, na Irlanda do Norte, têm o objetivo de desenvolver fotocatalisadores nanoestruturados para aplicação em um equipamento de baixo custo que utilize a energia solar para purificar a água em regiões carentes.A pesquisa – que faz parte do projeto Sodis (acrônimo para “desinfecção solar”, em inglês) financiado pela União Européia – foi apresentada por Dunlop durante o Workshop on Physics and Chemistry of Climate Change and Entrepreneurship (“Workshop sobre empreendedorismo e física e química das mudanças climáticas”), na sexta-feira (27/2), na sede da Fapesp.O evento, que faz parte da programação do Programa Fapesp de Pesquisa sobre Mudanças Climáticas Globais, integrou as atividades da Parceria Brasil-Reino Unido em Ciência e Inovação.“A idéia é aprimorar as estratégias de desinfecção solar, desenvolvendo uma tecnologia social com base no aumento do volume de água tratada pelo Sodis, ampliando a eficácia e a velocidade do processo com uso de fotocatalisadores nanoestruturados”, disse.O método, segundo Dunlop, é caracterizado por uma grande simplicidade: consiste em depositar água em garrafas PET, que são colocadas sob o sol por um período de cerca de 6 horas, normalmente sobre os telhados das casas, antes do consumo. Estudos anteriores mostraram, por exemplo, que crianças com menos de 6 anos que utilizaram água submetida à desinfecção solar tiveram sete vezes menos probabilidade de contrair cólera.“O Sodis proporciona uma ação efetiva contra uma ampla gama de patógenos, com um processo muito simples e custo praticamente nulo. Por outro lado, alguns patógenos ainda são resistentes e há problemas para garantir a qualidade e as condições da garrafa”, disse.Segundo ele, o projeto é realizado em diversos países da África, Sudeste Asiático e América Central, além de Peru, Equador, Bolívia e Brasil, onde foi implantado na comunidade de Prainha do Canto Verde, na região de Fortaleza (CE). Recurso cada vez mais escasso De acordo com Dunlop, o projeto é uma tentativa de contribuir para alcançar as Metas do Milênio da Organização das Nações Unidas, que incluem a redução pela metade, até 2015, do número de pessoas sem acesso à água potável no mundo. “Atualmente há mais de 1,1 bilhão nessa condição. A cada ano ocorrem 4 bilhões de casos de diarréia, sendo 88% decorrentes de uso de água contaminada”, disse.Dunlop afirma que, de acordo com o IPCC, a situação de falta de acesso à água tende a piorar. “As mudanças climáticas acarretarão aumento da intensidade de precipitações e também períodos mais longos de seca. Isso exacerbará a poluição da água, com impactos nos ecossistemas e na saúde, além do aumento dos custos operacionais dos sistemas hídricos”, apontou.O pesquisador citou o IPCC ao lembrar que o acesso à água deverá cair mais de 20% até 2050 em amplas regiões dos Estados Unidos, em quase toda a Europa, em toda a parte norte da América do Sul, incluindo o Norte e Nordeste do Brasil, em parte do Oriente Médio e em mais de 20 países africanos. “Mas, nas regiões mais pobres, a falta de acesso à água será mais grave. A contaminação da água deverá aumentar em cidades com favelas e esgotos a céu aberto”, disse.O grupo coordenado por Dunlop desenvolveu protótipos de equipamentos que utilizam fotocatalisadores para acelerar a desinfecção da água. “O princípio é o mesmo, mas vamos substituir as garrafas PET por um reator de fluxo contínuo que está sendo desenvolvido na Espanha. Depois de uma análise de custo, esses aparelhos, em formato portátil, serão testados em comunidades africanas em 2009”, disse.Segundo ele, os fotocatalisadores são fabricados com nanoporos auto-alinhados de dióxido de titânio, que têm tamanho controlável e diâmetro regular. “Estamos também desenvolvendo biossensores que indicarão quando a água estará pronta para o consumo seguro. O uso da nanotecnologia poderá aumentar a eficiência e a segurança do processo”, afirmou.O professor da niversidade de Ulster conta que os equipamentos, que deverão custar o equivalente a cerca de 40 libras esterlinas, serão capazes de realizar a desinfecção de 2,5 mil litros de água por dia. E poderão também gerar atividade econômica nas comunidades carentes.“O ponto principal é que se trata de uma tecnologia social. Portanto, essas comunidades serão envolvidas no próprio ciclo de produção do equipamento. Essa geração de uma atividade econômica é a principal vantagem em relação à alternativa de simplesmente fornecer bactericidas, mantendo a população dependente da ação de ONGs e governos”, disse. (Agência Fapesp, 2/3)