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quarta-feira, 29 de novembro de 2017

Por que qudits são melhores que qubits

Por que qudits são melhores que qubits: A demonstração foi realizada usando chips comprados no comércio, em vez dos aparatos complexos e caros tipicamente usados pela computação quântica.

quarta-feira, 22 de novembro de 2017

A MENTE, O CÉREBRO - Steven Rase

A MENTE, O CÉREBRO E A PEDRA DE ROSETA[1]

Steven Rase


Nossa linguagem é repleta de dicotomias: natureza versus nutrição; genes versus ambiente; masculino versus feminino; hardware versus software; conhecimento versus afeto; alma versus corpo; mente Versus cérebro. Mas será que essas divisões em nossa forma de pensar refletem diferenças reais no mundo externo, ou seriam o produto da história intelectual de nossa sociedade? Ou seja, são ontológicas ou epistemológicas? E perceba que também esta distinção é dicotômica. Uma maneira de responder essa pergunta é verificar se sociedades de culturas diferentes fazem o mesmo tipo de separação. No caso mente versus cérebro, com certeza não: de acordo com o historiador de ciência Joseph Needham, a ciência e a tecnologia chinesas, por exemplo, não faziam essa distinção. Embora a separação entre mente e cérebro seja profetizada na maior parte das tradições greco-judaico-cristãs, só tomou vulto a partir do século XVII, com o nascimento da ciência ocidental moderna. Foi então que o filósofo e matemático católico René Descartes dividiu o universo em dois campos, o material e o mental. Todos os elementos vivos e o mundo natural que nos cerca,juntamente com a tecnologia criada pelo ser humano, foram considerados materiais, assim como o corpo humano. Mas a cada corpo humano foi atribuída uma mente ou alma, assoprada para dentro dele por Deus, e ligada a ele por meio de um órgão localizado no fundo do cérebro, a glândula pineal.
A separação foi útil de numerosas maneiras. Justificava a exploração de outros animais pelos homens, pois aqueles eram meros mecanismos, não sendo dignos de mais consideração do que a dispensada a qualquer outro tipo de
máquina; exaltava o lugar de destaque da humanidade dentro do universo, mas apenas no que dizia respeito à alma; os corpos humanos também podiam ser explorados, e o eram de forma crescente, através da compra e venda de escravos na América e à medida que surgia a Revolução Industrial dos séculos XVIII e XIX; as almas podiam ser deixadas para o culto pastoral dos domingos.
O dualismo cartesiano deixou suas marcas na medicina, especialmente na parte dela que lidava com a mente. As desordens e perturbações mentais foram dicotomizadas em orgânicas/neurológicas- quando o problema era no cérebro - ou funcionais/psicológicas - quando houvesse algo de errado com a mente. Essas dicotomias persistem ainda hoje em boa partir da prática psiquiátrica, resultando na divisão da terapêutica em medicamentos para tratar do cérebro e conversa para tratar da mente. As causas dessas perturbações são normalmente atribuídas aos domínios da mente (chamadas "exógenas", como no caso das depres­sões seguidas de tragédia pessoal) ou do corpo ("endógenas", provocadas por genes defeituosos ou desequilíbrios bioquímicos).
Entretanto, conforme se expandiram a escala e o poder da ciência moderna desde o século XVII, o desconfortável acerto de Descartes foi posto à prova cada vez mais freqüentemente. A física de Newton ordenava a movimentação dos planetas e a queda das maçãs. Antoine-Laurent Lavoisier demonstrou que a respiração humana era um processo de combustão química, em nada diferente da queima de carvão numa fornalha. Os nervos e músculos dançavam sob a aplicação das cargas elétricas de Luigi Gal­vani, e não pela ação de algum tipo de vontade autônoma. E a evolução darwiniana colocou os seres humanos lado a lado com outros animais. O reducionismo militante, o materialismo mecânico tornaram-se a ordem do dia. Em 1845 quatro fisiologistas em ascensão - os alemães Hermann Helmholtz, Carl Ludwig, Ernst Brücke, e o francês Emil du Bois-Reymond - fizeram o juramento mútuo de levar em consideração todos os processos corporais em termos físico-químicos; na Holanda,Jacob Moleschott foi ainda mais longe, afirmando que o cérebro secretava os pensamentos assim como os rins secretavam a urina, e que a personalidade era uma questão de fosfato. Para o campeão do darwi­nismo, o inglês Thomas Huxley, a mente estava para o cérebro assim como os apitos estavam para as locomotivas a vapor.
Mais de um século depois, esse reducionismo constitui o conhecimento convencional de quase toda a ciência. Muitos acreditam que a ciência mais fundamental é a física, seguida da química, bioquímica e fisiologia; um pouco mais acima nessa hierarquia estão as ciências mais "maleáveis" como a psicologia e a sociologia, sendo que o objetivo das ciências unificadas parece ser transformar todas as ciências de hierarquia elevada em fundamentais. Os cientistas com formação em estudos moleculares são abertamente desdenhosos em relação às pretensões dos assuntos mais "maleáveis". Em 1975, E. O. Wilson lançou seu famoso (ou notório, dependendo da perspectiva) texto Sociobiology, the New Synthesis, no qual afirmava que a biologia evolutiva,juntamente com a neurobiologia, estava prestes a tornar a psicologia, a sociologia e a economia irrelevantes; dez anos depois, o decano da biologia molecular,Jim Watson, estarreceu sua platéia no London Institute of Contemporary Arts com a afirmação de que "em última análise existem apenas átomos. Existe apenas uma ciência, a física; tudo o mais é serviço social".
E quanto às memórias de infância, o prazer em ouvir um quarteto de cordas interpretando Beethoven, o amor, o ódio, as alucinações da esquizofrenia, a crença em Deus, o senso de justiça no mundo - e até mesmo a consciência em si? Concordamos com Descartes e confiamos esses fatos ao mundo mental e espiritual, intocados pelo mundo carnal, mas capazes de interagir com ele através da estimulação de um nervo? John Ecles, vencedor do prêmio Nobel por seu trabalho na fisiologia das sinapses (as junções entre as células nervosas), e assim como Descartes um compenetrado dualista e católico, certamente acreditava nisso, pois veio a argumentar que existia um "cérebro de ligação" no hemis­fério esquerdo, através do qual a alma pode cutucar as sinapses. Ou será que nos aliamos a Watson, Wilson e outros precursores do século XIX, tomamos partido dos genes e descartamos o resto? Como disse um colega bioquímico durante uma conferência para pais de crianças "com distúrbios de aprendizado", seria nossa tarefa demonstrar "como desordens moleculares levam a desordens mentais"?
Bem, deixe-me dar minha própria opinião como neurocientista interessado no funcionamento do cérebro e da mente. Em primeiro lugar, existe apenas um mundo, uma unidade material ontológica. A alegação de que existem dois tipos de coisas incomensuráveis no mundo, o material e o mental, induz todo tipo de paradoxo e é insustentável. Sem entrar em longos debates filosóficos, a simples observação de que manipular a bioquímica cerebral (com drogas psicoativas, por exemplo) altera as percepções mentais ou de que o sistema de imagem tomográfica indica que regiões específicas do cérebro usam mais oxigênio e glicose quando uma pessoa está concentrada, tentando resolver um problema matemático "mentalmente", mostra que, enquanto a personalidade é mais do que uma simples questão de fosfato, os processos que denominamos mentais e cerebrais devem estar ligados de alguma forma. Portanto o monismo dita as regras, e não o dualismo.
Mas isso não me coloca ao lado de Watson e Wilson. Há mais o que fazer para compreender o mundo do que simplesmente enumerar os átomos que o compõem. Para começar, existem as relações de organização entre os átomos. Considere uma página deste livro. Você a vê como uma seqüência de palavras, combinadas de modo a formar frases e parágrafos. Uma análise reducionista poderia decompor o mundo nas letras individuais, e estas nos componentes químicos da tinta preta sobre o papel. Tal análise seria abrangente; lhe diria a composição exata desta página; mas nada diria sobre o significado das letras organizadas em palavras, frases e parágrafos. Esse significado é aparente apenas em um nível mais elevado de análise, nível este que consideraria a distribuição espacial da tinta preta sobre o papel, o padrão existente na ordem espacial das palavras que aparecem na página e a relação seqüencial de cada frase com a próxima do parágrafo. Interpretar esses padrões requer conhecimento lingüístico, e não uma química específica. Portanto, esse novo nível mais elevado de análise requer sua própria ciência. Por exemplo, o estudo da mecânica dos fluidos requer o uso de propriedades tais como coesão e incompressibilidade para explicarmos fluxo, vórtice e formação de ondas, sendo que nenhum desses fenômenos é propriedade das moléculas que formam os líquidos. Semelhantemente, o cérebro possui propriedades tais como armazenamento e resgate de memória, que não são encontradas em uma célula individualmente. Esses aspectos qualitativamente variáveis de um sistema, em níveis diferentes, são propriedades emergentes, e a biologia está repleta delas.
Além disso, para que a ordem espacial das palavras na folha de papel tenha sentido, é preciso que também haja uma ordem temporal. Em escritas derivadas do latim, começa-se a ler a partir do canto esquerdo superior da folha, seguindo-se até o canto direito inferior da mesma. Inverter a ordem resultaria em puro absurdo. A ordem temporal e de desenvolvimento é uma característica vital em organizações e processos de nível elevado, o que não é necessariamente o caso dos sistemas de níveis mais simples, não podendo, portanto, ser vista através de um quadro reducionista. Digo mais: apenas os símbolos numa página não são suficientes; para entendermos algo em uma página de prosa, precisamos saber um pouco da língua e da cultura com as quais essa página foi elaborada, e dos propósitos para os quais foi escrita. (O que está nessa folha seria a taxonomia de um peixe, uma receita de bouillabaisse ou uma ode aos prazeres culinários mediterrâneos?) Um princípio importantíssimo da organização biológica é indicado por essa simples analogia. Nada em biologia faz sentido a não ser que esteja dentro de um contexto histórico, da história de um organismo individual (isto é, seu desenvolvimento) e da história da espécie da qual ele faz parte (isto é, a evolução) . De fato, a evolução pode ser considerada, sob alguns aspectos, a história dos eventos emergentes que deram origem a uma diversidade de organismos, de diferentes formas e comportamentos, que é uma característica tão evidente do mundo em que vivemos.
Explicar os rabiscos pretos sobre a página de um livro em termos químicos nos ajuda a entender sua composição; no entanto, não nos diz nada sobre seu significado como um conjunto de símbolos ordenados sobre a folha. Explicar não é o mesmo que esclarecer e nenhuma sofisticação química pode eliminar a necessidade de uma ciência mais elaborada que esclareça o sentido procurado. Além disso, o programa reducionista ingênuo oferecido por Watson e Wilson simplesmente não funciona na prática. Existem muito poucas moléculas elementares mais simples do que aquelas que compõem a água - dois átomos de hidrogênio combinados com um átomo de oxigênio formando uma molécula de água. Ainda assim, nem todos os recursos da física seriam suficientes para prever as propriedades dessa molécula através do conhecimento das frações dos elementos hidrogênio e oxigênio. A química nunca caberá por completo dentro da física, apesar de o conhecimento dos princípios físicos iluminar profundamente a química. E ainda menos caberiam a sociologia e a psicologia dentro da bioquímica e da genética.
Portanto, a despeito da unidade ontológica do mundo, nos resta, e sempre restará, uma profunda diversidade epistemológica. Na analogia bastante conhecida dos cegos descrevendo o elefante, existem muitas coisas a saber e muitos modos de aprendê-las. E temos muitos tipos de linguagem para descrever o que sabemos. Tome como exemplo um fato biológico simples, como a contração que ocorre nos músculos da pata de um sapo quando um choque elétrico é aplicado sobre eles ou sobre as fibras de um nervo motor. Para os fisiologistas, essa contração pode ser explicada em termos das propriedades estruturais e elétricas das fibrilas musculares, tal como observadas num microscópio e registradas por um eletrodo fixado na superfície do músculo. Para os bioquímicos, a célula muscular é composta basicamente por dois tipos de proteínas, actina e miosina, que formam moléculas interdigitadas e filamentosas; durante a contração muscular, os filamentos de actina e miosina deslizam uns sobre os outros. Numa linguagem mais simples, somos tentados a dizer que o deslizamento de actina sobre mio sina "causa" a contração muscular. Mas essa é uma ma­neira imprecisa e confusa de dizer. O termo "causa" implica que algo acontece antes (a causa) e a seguir desencadeia outra coisa (o efeito). Mas não é verdade que os filamentos de actina e miosina deslizam primeiro para depois ocorrer a contração muscular. Em vez disso, o deslizamento dos filamentos é o mesmo que a contração muscular, só que descrito em linguagem diferente. Nós chamamos esta linguagem de bioquimês, em contraste com o fisiologês.
E onde fica a dicotomia entre cérebro e mente sobre a qual comecei a discutir? O cérebro não "causa" a mente, como sugeriria o tolo materialismo mecânico (como o apito está para o trem a vapor), nem mente e cérebro são duas coisas diferentes, como afirmaria o dualismo cartesiano. Em vez disso, temos uma coisa, cérebro/mente, da qual podemos falar usando duas línguas diferentes, talvez o neurologês e o psicologes.
Um exemplo: uma das desordens mentais mais corriqueiras nos EUA e na Europa, hoje em dia, é a depressão. Por muitos anos, psiquiatras de orientação biológica, psiquiatras sociais e psicólogos têm estado em palpos de aranhas tentando encontrar as causas da depressão e sua cura. Ela é causada por desordens no metabolismo de neurotransmissores, como afirmariam os psiquiatras biológicos, ou pelas pressões intoleráveis do dia-a-dia? (Um dos segmentos com maiores predisposições para a depressão são as mães solteiras de baixa renda, vivendo em regiões urbanas, em condições de insegurança financeira e pessoal.) No primeiro caso, a depressão deveria ser tratada com drogas que afetem o metabolismo de neurotransmissores; no segundo caso, o tratamento consistiria em atenuar as más condições sociais e pessoais que causam o distúrbio, ou preparar a pessoa para lidar com elas. Este é o tratamento indicado pela psicoterapia. Mas, a meu ver, estas formas de diagnóstico ou tratamento não são incompatíveis. Se a psiquiatria biológica está correta, as pessoas deprimidas têm desordens nos neurotransmissores, e se a psicoterapia funciona, então à medida que alguém se submetesse a um tratamento psicológico e apresentasse melhoras na depressão a desordem nos neurotransmissores se autocorrigiria. Há uns dois anos eu me dispus a testar isso (para tanto tive que superar uma grande hostilidade da parte dos psiquiatras e dos psicólogos) medindo tanto a classificação ou avaliação psiquiátrica quanto os níveis de um dado sistema neurotransmissor/enzima no sangue dos pacientes de um instituto psicoterápico de Londres. Acompanhei os pacientes durante um ano inteiro de tratamento. Os resultados ficaram muito bem delineados. Os pacientes que davam entrada no instituto sentindo-se deprimidos (e eram classificados como tal no escore psiquiátrico) apresentavam níveis mais baixos do neurotransmissor do que os indivíduos do grupo de controle. Após alguns meses de tratamento psicológico, o escore depressivo havia melhorado e o neurotransmissor voltara a níveis normais. A mudança bioquímica e a psicoterapia caminharam lado a lado.
A linguagem mental não causa a linguagem cerebral, ou vice-versa, assim como uma sentença em francês não causa uma sentença em inglês, embora você possa traduzi-las de uma língua para a outra. E assim como há regras em uma tradução do francês para o inglês, existem regras numa tradução do neurologês para o psicologês. O problema enfrentado pelos cientistas da mente/ cérebro seria então decifrar essas regras. Como conseguir isso?
Vou sugerir uma analogia. Passe pela sólida entrada neoclássica do British Museum em Londres, vire à esquerda, atravesse a loja de suvenires e encontre um espaço entre as multidões de turistas que abarrotam as galerias Egípcia e Assíria. Um aglomerado de pessoas se debruça sobre uma laje de pedra negra posicionada de modo a formar um leve ângulo em relação ao solo. Se você conseguir se interpor entre os turistas e suas minicâmeras de vídeo, verá que a superfície plana da pedra é dividida em três seções, cada uma coberta de inscrições brancas. As inscrições na seção superior são hieroglifos egípcios arcaicos; as da seção central, cursivas, são escritas demóticas. E se você teve a chamada "educação clássica" ou já esteve na Grécia durante as férias, reconhecerá as inscrições da terceira seção como sendo grego. Você está olhando para a pedra de Roseta, o texto de um decreto redigido por um conselho geral de sacerdotes egípcios, que se reuniram em Mênfis, no Nilo, no primeiro aniversário da coroação do rei Ptolomeu, em 196 a.c. "Descoberta" (no sentido que os europeus consideram descobertos os artefatos dos quais não tinham conheci­mento prévio, a despeito do que.a população local soubesse deles) por um tenente-engenheiro da Força Expedicionária Napoleônica Egípcia, em 1799, a pedra tornou-se, com a derrota francesa, espólio de guerra britânico e foi levada para Londres e colocada ritualmente junto ao grande amontoado de espólios de impérios antigos, com os quais os britânicos enriqueceram-se durante um século de seu próprio domínio imperial.
Mas a importância da pedra de Roseta não está apenas no simbolismo da ascensão e queda de impérios (até mesmo a seção grega das três inscrições, na época em que foi gravada, indicava o lento declínio do poder grego e surgimento do domínio europeu). O fato de que as três inscrições carregavam a mesma mensagem, e de que os estudantes do século XIX conseguiam ler o grego, significava que eles podiam dar início à missão de decifrar os hieroglifos, até então incompreensíveis, que compunham a linguagem egípcia arcaica. A tradução simultânea fornecida pela pedra de Roseta se transformou num instrumento para desvendar códigos, e para mim é uma metáfora para a missão que enfrentamos ao tentar entender a relação entre mente e cérebro.
O cérebro e a mente têm muitos dialetos, mas eles estão relacionados da mesma forma que as inscrições na pedra de Roseta. Onde, entretanto, podemos encontrar um instrumento que nos ajude a decifrar os códigos? O exemplo da psicoterapia é sugestivo, mas de forma alguma suficientemente rigoroso a ponto de nos fornecer o código do qual precisamos. No entanto, ele sem dúvida nos dá uma pista. Uma característica fundamental da ciência experimental é que é sempre mais fácil estudar as mudanças do que a inalteração. Se pudermos achar muma situação na qual os processos mentais mudem, como quando os pacientes deprimidos melhoram, e verificar o que está mudando simultaneamente na linguagem cerebral, então podemos dar início ao processo de mapear as mudanças cerebrais em relação às mudanças mentais. Até o desenvolvimento, nos últimos anos, das técnicas de tomografia cerebral, que nos forneceram janelas para observar o cérebro humano em funcionamento - técnicas como tomografia computadorizada e ressonância magnética -, observar o interior do cérebro era possível apenas em animais de experimentação. Tanto para os homens quanto para os animais, um dos exemplos mais claros e simples de mudanças mentais aparece quando alguma nova tarefa ou atividade é aprendida e recordada subseqüentemente. Experiências como aprender e recordar são muito mais fáceis de estudar num laboratório do que as complexidades da depressão, e os psicólogos ao longo deste século, de Ivan Pavlov e B. F. Skinner em diante, têm preenchido quilômetros de estantes de bibliotecas com tratados detalhados sobre como induzir a salivação em cães que ouvem o soar de um sino, fazer ratos pressionarem alavancas para obter comida e coelhos piscarem os olhos à medida que luzes se alternem. Agora, tudo o que temos a fazer é mostrar o que acontece no interior do cérebro quando se dá esse tipo de aprendizado. Isso é o que os laboratórios de neurociência, no mundo todo, têm tentado fazer durante a Última década ou mais, e estamos começando a poder contar uma história mais ou menos clara sobre os processos cerebrais envolvidos no mecanismo da aprendizagem; acerca de como, durante uma nova experiência, novas rotas são estabelecidas no cérebro para que a memória fique gravada, à semelhança dos traços inscritos numa fita cassete à medida que uma música é gravada. Memórias que podem ser resgatadas exatamente como se ouvíssemos uma fita cassete.
Isso reduz o aprendizado e a memória a "nada além" de rotas no cérebro? Não mais do que, o quarteto de Beethoven é reduzido a padrões magnéticos na fita. Quando gravamos o som da música, numa fita ou CD, suas ressonâncias e nossa resposta a elas não são mais diminuídas ou alteradas do que o são o valor e o significado de nossas memórias pessoais, quando armazenadas nas rotas do cérebro. Em vez disso, conhecer a biologia do aprendizado e da memória só faz crescer nossa apreciação humana da riqueza de nossos processos internos. Precisamos, e continuaremos a precisar sempre, de ambas as linguagens, do cérebro e da mente, e das regras de tradução entre elas, para dar sentido a nossa vida.

STEVEN ROSE cursou Cambridge, graduando-se em bioquímica. Seu profundo interesse em compreender o cérebro o levou a realizar o doutorado no Institute of Psychiatry de Londres. Após períodos de pesquisas de pós-doutorado em Oxford (Fell, New College), Roma (bolsista NHI) e no Research Council de Londres, em 1969 se tornou professor e chefe do departamento de biologia na Open University da Inglaterra, onde, aos 31 anos de idade, era um dos mais jovens professores titulares da Inglaterra. Na Open University ele fundou, e tem chefiado desde então, o Brain and Behavior Research Group, tendo se concentrado na pesquisa dos mecanismos moleculares e celulares do aprendizado e da memória. Seu pioneirismo no estudo dessa área resultou na publicação de algo em torno de 250 trabalhos científicos e no recebimento de diversas medalhas e homenagens internacionais.
Além de seus trabalhos de pesquisa, Steven Rose escreveu ou editou catorze livros, incluindo NoFire, no Thunder (com Sean Murphy e Alastair Hay), Not in Our Genes (com Richard Lewontin e Leo Kamin) , Molecules and Minds e, mais recen temen te, The Making of Memory, vencedor do Rhone-Poulenc Science Book Prize.
As preocupações de Rose não se limitam à produção científi­ca, abrangendo também os mais amplos papéis sociais e ideológi­cos da ciência e sua aplicação para a sociedade. Essas preocupações o levaram a assumir um papel de destaque nas décadas de 60 e 70, juntamente com a socióloga feminista Hillary Rose, na fundação da British Society for Social Responsabiliiy in Science. Ele também assumiu publicamente uma posição muito clara na questão dos direitos animais e dos experimentos que utilizam animais de laboratório.




[1] Livro: RASE, Steven. A mente, o cérebro e a pedra de roseta. in: As coisas são assim: pequeno repertório científico do mundo que nos cerca. Orgs. John Brockman & Katinka Matzon. São Paulo, Cia das Letras,1997: 212-224.