Neurocomputadores e a Medicina do Futuro

Conheça um pouco mais sobre os neurocomputadores e como eles podem ajudar no desenvolvimento da medicina e dos implantes médicos.

• Por Pablo de Assis
• 9 de Setembro de 2009

A humanidade está em constante busca para se tornar melhor do que já é.

Um dos caminhos encontrados é o desenvolvimento tecnológico.

Através dele, conseguimos criar métodos de melhorar nossa relação com a natureza.

A medicina é uma área que se beneficia bastante desse desenvolvimento tecnológico e nós nos beneficiamos com isso também.

O desenvolvimento tecnológico da medicina não está só em criar máquinas e instrumentos para diagnóstico, mas também em utilizar o conhecimento sobre o corpo humano para criar melhores máquinas.

Já existem pesquisas sobre computadores à base de DNA e existem outras para criarem computadores com neurônios, os neurocomputadores.

 
Computadores à base de Neurônios

O cérebro é um órgão computacional, ou seja, ele processa informações e calcula resultados tal qual um computador.

Enquanto os computadores funcionam à base de microchips de silício, o cérebro funciona a base de neurônios interligados.

Os microchips de silício processam informações de forma linear, ou seja, recebem uma informação de um lado e devolvem uma informação de outro lado.

Esses chips então são conectados linearmente e essa cadeia de processamento é o que faz o computador funcionar.


O cérebro humano funciona de uma forma ligeiramente diferente.

Ele também recebe a informação de um lado e devolve outra informação de outro.

Essa informação de entrada pode ser um estímulo de algum dos sentidos, como por exemplo, a visão, enquanto a informação de saída pode ser a instrução para movimentar um músculo.

A diferença está que a relação entre os neurônios não é linear como nos computadores, mas acontece em uma rede múltipla, conhecida como Rede Neural.

 
O comportamento dos neurônios

Um neurônio é a menor unidade funcional do cérebro, sendo ele uma célula como qualquer outra do corpo.

Ele sozinho é capaz de um microprocessamento suficiente para formar idéias, imagens e provocar ações.

É claro que para comportamentos complexos, um neurônio só não é suficiente, sendo necessário um conjunto relativamente grande deles.

Mas, para termos uma idéia, um neurônio apenas é suficiente para provocar um movimento de um músculo ou para sentir uma picada de mosquito.

O corpo de um neurônio é igual a qualquer outro corpo celular do corpo, com núcleo, DNA e organelas como a mitocôncria.

O que diferencia o neurônio das outras células são a presença de DENDRITOS, ou pequenos braços que recebem informação de outros neurônios, e dos AXÔNIOS, ou um grande braço que envia informações para outros neurônios.

Os neurônios se comunicam entre si através de SINÁPSES, um espaço microscópico entre uma terminação de um axônio e de um dentrito.

Nesse espaço um axônio EMITE uma pequena molécula química chamada de neurotransmissor e o dentrito recebe, transformando essa INFORMAÇÃO QUÍMICA em um impulso elétrico que passa para o corpo do neurônio e depois é retransmitido para outras células através de seu axônio.

Cada neurônio pode ser visto como um microchip independente, pois ele recebe informações de entrada e devolve uma informação de saída para outro neurônio.

Pensando nisso, cientistas resolveram criar microchips com portas lógicas à base de neurônios.


Como funcionam as portas lógicas e as portas lógicas neuronais

Cada porta lógica processa um tipo de informação.

Elas recebem dois estímulos e devolvem um tipo de resposta.

A porta lógica mais comum é a porta AND.

Caso ela receba dois estímulos em sua entrada, ela devolve um estímulo de saída.

Caso contrário, ela não devolve nenhuma informação.

Todas essas informações são em base binária, ou seja, em 0 ou 1.






As portas lógicas neuronais funcionariam de forma semelhante.

Mas, ao invés de utilizar o processamento de um neurônio, utiliza-se de três.

Dois deles recebem a informação e um terceiro devolve o resultado.

Se esse terceiro neurônio receba o estímulo de ambos neurônios de entrada, ele apresenta uma resposta reconhecida pelo sistema como um 1.

Caso contrário, não é emitido nada e o sistema reconhece isso como um 0.

Fonte: Elisha Moses Lab

É com base nessas portas lógicas neuronais que são desenvolvidos os neurocomputadores.

Várias portas lógicas diferentes formam um microchip e com vários microchips formam as placas e processadores.

Eles seriam como os computadores normais, mas trocariam os microchips de silício por microchips de neurônios.


Para que servem os neurocomputadores

Ainda não se sabe sobre o poder de processamento dos neurocomputadores, pois nenhum ainda foi completamente construído, mas estima-se que eles não serão mais potentes que os de silício.

Sabe-se também que a velocidade de processamento dos neurocomputadores não é tão grande.

Porém, como os neurônios conseguem formar redes neurais, é possível ter vários processamentos simultâneos.

Mas a grande vantagem deles seria sua aplicação na medicina.

Atualmente existem diversas pesquisas médicas que tentam relacionar o corpo humano a máquinas.

Talvez o mais comum deles seja o implante coclear.
Próteses tradicionais e as próteses neurais

Um implante coclear, como outras próteses neuronais, são pequenas máquinas ligadas ao corpo para exercer o funcionamento de um órgão que não funciona corretamente.

No caso do implante coclear, um pequeno computador é implantado atrás da orelha para substituir o funcionamento da cóclea disfuncional.

Ele capta os sons do ambiente e transforma em impulsos elétricos que estimulam as terminações nervosas presentes no ouvido interno da pessoa, substituindo assim as funções da cóclea natural.

Acontece que tanto esse, quanto outros implantes bioelétricos não possuem uma boa interface de relação com o corpo.

Eles partem do pressuposto que o cérebro funciona a partir de impulsos elétricos e utiliza-se de estimulação elétrica nos neurônios de entrada do corpo para estimular o cérebro e fazer ele acreditar que o órgão realmente está lá ou está funcionando.

É justamente aí que um biochip ou um neurocomputador poderia entrar.

Por seu circuito ser formado a partir de neurônios, a relação do computador da prótese com o corpo pode ser feita com uma interface muito mais natural.

O chip de saída pode emitir o neurotransmissor necessário para estimular corretamente o neurônio do corpo.

Com isso, pode-se criar computadores capazes de controlar braços e pernas postiças e esses serem controlados corretamente pelo cérebro do paciente através de uma interface de um neurocomputador.
Outras aplicações fora da medicina

Além de servirem de interface para novos implantes biomecânicos, os neurocomputadores podem servir de base para a construção de outros computadores mais eficientes.

É claro que existem algumas limitações para essa tecnologia biológica, porém, existem várias outras vantagens referentes a elas.

Um chip de silício é capaz de um processamento em velocidade centenas de vezes maior que um chip neural, porém, este é capaz de processamentos paralelos ou simultâneos, algo que um chip de silício não consegue.


Para processamentos únicos, a vantagem seria dos processadores tradicionais, porém para cálculos mais complexos, os neurocomputadores seriam muito mais eficientes e poderiam levar muito menos tempo que os computadores tradicionais.

Por poderem ser organizados em redes neurais, os neurocomputadores são capazes de aprendizado, ou seja, podem corrigir seus erros através da experiência.

Assim, quanto mais se usa um neurocomputador, menos erros ele comete.

Isso melhoraria e muito sua utilização, inclusive em computadores pessoais.

Uma grande vantagem dos neurocomputadores é dificuldade de se contrair os tão temíveis vírus de computador.

Vírus são softwares com funcionamento autônomo.

Os programas em neurocomputadores não seriam instalados, mas sim aprendidos.

Isso dificulta que um neurocomputador bem treinado aprenda a programação de um vírus.


Conclusão

Apesar de tudo isso, os avanços nas pesquisas dessa área são promissoras.

Talvez suas melhores aplicações não sejam para o uso pessoal ou para você rodar seus jogos favoritos, mas sim para melhorar a qualidade de vida das pessoas propiciando próteses mais ergonômicas e controláveis e implantes que melhorem ou substituam sentidos deteriorados.

Mas, como toda nova tecnologia, é necessário bastante tempo, estudo e pesquisas para saber até onde podemos ir com ela.

O que você acha disso? Você acredita que em breve poderemos ter uma melhor relação entre nosso corpo e os computadores? Dê aqui sua opinião e participe conosco desta discussão!

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Célula-tronco é promessa para medicina do futuro* (Antonio Carlos Campos de Carvalho)

O ano de 2004 está apenas começando, mas o estudo e a utilização de células-tronco continuam sendo uma das grandes polêmicas no campo da bioética.

Desde que o fisiologista alemão Theodor Schwann lançou, em 1839, as bases da teoria celular, pesquisadores de todo o mundo sentiram-se instigados com a possibilidade de gerar um organismo adulto completo a partir de apenas uma célula.

Pesquisas com células-tronco avançam na busca de tratamentos para muitas doenças que afetam milhões de pessoas, mas o entendimento sobre os detalhes de como um organismo completo, com inúmeros tipos diferentes de células, forma-se a partir de apenas uma célula, já data do início do século 20.

Foi nesse período que vários embriologistas, entre eles os alemães Hans Spermann e Jacques Loeb começaram a decifrar os segredos das células-tronco por meio de experimentos com células de embriões.

As pesquisas de Spermann e Loeb mostraram que quando as duas primeiras células de um embrião de anfíbio são separadas, cada uma é capaz de gerar um girino normal, e que, mesmo após as quatro primeiras divisões celulares de um embrião de anfíbio, o núcleo dessas células embrionárias ainda pode transmitir todas as informações necessárias à formação de girinos completos.

Em 1996, o nascimento da ovelha Dolly, primeiro mamífero clonado a partir do núcleo de uma célula adulta diferenciada, trouxe a resposta sobre a possibilidade de um núcleo de uma célula totalmente diferenciada ser capaz de gerar um indivíduo adulto normal.

Foi a primeira demonstração de que a vida animal poderia surgir de outra forma, a partir do núcleo de uma única célula do corpo de um indivíduo adulto.

Todo organismo pluricelular é composto por diferentes tipos de células. Todos os 200 tipos celulares distintos encontrados entre as cerca de 75 trilhões de células existentes em um homem adulto, derivam das células precursoras denominadas células-tronco, também denominadas células-mãe.

São células mestras que têm a capacidade de se transformar em outros tipos de células, incluindo as do cérebro, coração, ossos, músculos e pele.

O processo de geração das células especializadas - do sangue, dos ossos, dos músculos, do sistema nervoso e dos outros órgãos e tecidos humanos - é controlado pelo genes específicos na célula-tronco, mas os pesquisadores ainda não dominam todos os fatores envolvidos no processo. Compreender e controlar esse processo é um dos grandes desafios da ciência na atualidade.

É fundamental que as pesquisas com células-tronco embrionárias e adultas continuem a ser feitas para que possamos ter respostas para perguntas como:

qual o melhor tipo de célula-tronco para ser usada em cada doença degenerativa?

qual a melhor via de introdução dessas células?

por quanto tempo duram os efeitos benéficos das terapias com células-tronco?

será necessário e possível repetir-se os procedimentos de injeção de células-tronco no mesmo paciente?

Ter uma legislação permitindo o uso de células-tronco embrionárias humanas em pesquisa é de fundamental importância.

Pesquisas recentes mostraram que células-tronco apresentam duas características básicas:

são indiferenciadas e têm a capacidade de gerar não só novas células-tronco como também grande variedade de células de diferentes funções.

Para realizar esta dupla tarefa (replicação e diferenciação), a célula-tronco pode seguir dois modelos básicos de divisão: o determinístico, no qual sua divisão gera sempre uma nova célula-tronco e uma diferenciada, ou aleatório (ou estocástico), no qual algumas células-tronco geram somente novas células-tronco e outras geram apenas células diferenciadas.

Existem diferentes tipos de células-tronco, mas a diferença básica está na existência de células-tronco embrionárias e células precursoras do organismo já desenvolvido, chamadas células-tronco adultas.

Estas últimas recebem também a denominação pós-natal por alguns cientistas, por estarem presentes em recém-nascidos e no cordão umbilical.


Células-tronco embrionárias

Em 1998 a equipe do biólogo James Thomson, na Universidade de Wisconsin (instituição que detém a maioria das patentes sobre linhagens de células-tronco humanas nos Estados Unidos) tornou o sonho biotecnológico um pouco mais real, quando conseguiu isolar as primeiras células-tronco de embriões humanos.

No mesmo ano, também foram isoladas células embrionárias germinativas humanas, derivadas das células reprodutivas primordiais de fetos, pelo embriologista John Geahart, da Universidade Johns Hopkins (EUA).

Como as ES, as EG também são pluripotentes, ou seja, podem gerar qualquer célula do organismo adulto. A disponibilidade de células ES e EG humanas abriu horizontes impensáveis para a medicina, mas também trouxe complexos problemas ético-religiosos.

As células-tronco embrionárias têm a capacidade de se transformar em praticamente qualquer célula do corpo, com exceção da placenta, e são encontradas somente nos embriões. É essa capacidade que permite que um embrião se transforme em um organismo pluricelular formado.

Cerca de cinco dias após a fertilização, o embrião humano se torna um blastocisto - uma esfera com aproximadamente 100 células.

As encontradas em sua camada externa vão formar a placenta e outros órgãos necessários ao desenvolvimento fetal do útero. Já as existentes em seu interior, células-tronco embrionárias, formam quase todos os tecidos do corpo.

Apesar de estudadas desde o século 19, há apenas 20 anos pesquisadores conseguiram cultivar em laboratório células retiradas da massa celular interna de blastocistos de camundongos.

Essas células conhecidas como ES podem se proliferar indefinidamente in vitro sem se diferenciar, mas também podem se diferenciar se forem modificadas as condições de cultivo.

A grande conquista dos cientistas foi encontrar as condições adequadas para que as células ES proliferem e continuem indiferenciadas.

Outra característica especial dessas células é que, quando reintroduzidas em embriões de camundongo, dão origem a células de todos os tecidos de um animal adulto, mesmo as germinativas (óvulos e espermatozóides).

Apenas uma célula ES, no entanto, não é capaz de gerar um embrião. Isso significa que tais células não são totipotentes, como o óvulo fertilizado.

O fato das células ES reintroduzidas em embriões de camundongo gerarem tipos celulares integrantes de todos os tecidos do animal adulto revela que elas têm potencial para se diferenciar também in vitro em qualquer desses tipos, de uma célula da pele a um neurônio.

Vários laboratórios já conseguiram a diferencição de células ES de camundongos, em cultura, em tipos tão distintos quanto as células hematopoiéticas (precursoras das células sangüíneas) e as do sistema nervoso (neurônios, por exemplo), entre outras.

A capacidade de direcionar esse processo de diferenciação permitiria que, a partir de células-tronco embrionárias, fossem cultivados controladamente os mais diferentes tipos celulares, abrindo a possibilidade de construir tecidos e órgãos in vitro, na placa de cultura, tornando viável a chamada bioengenharia.

O potencial terapêutico das células-tronco não pode e nem deve ser desprezado.

O não benefício da utilização das células-tronco sempre existe, mas é preciso distingui-lo do malefício. Este sim seria um problema.

Os testes clínicos realizados no mundo até o momento tiveram como objetivo principal afastar a possibilidade de malefícios.

Até por este motivo não se realizaram ainda testes clínicos com as células-tronco embrionárias, pois ainda não há segurança de que se injetadas em pacientes no seu estado indiferenciado elas não possam levar ao surgimento de tumores.


Células-tronco adultas

Em 1998, a equipe italiana liderada pela bióloga Giuliana Ferrari, do Instituto San Rafaelle-Tellethon, apresentou o primeiro relatório sobre as propriedades das células-tronco adultas.

Os pesquisadores estabeleceram que células-tronco de medula óssea podem dar origem a células musculares esqueléticas e podem migrar da medula para regiões lesadas no músculo.

Estudos recentes constataram que além da pele, do intestino e da medula óssea, outros tecidos e órgãos humanos - fígado, pâncreas, músculos esqueléticos (associados ao sistema locomotor), tecido adiposo e sistema nervoso - têm um estoque de células-tronco e uma capacidade limitada de regeneração após lesões.

Mais recente ainda é a idéia de que essas células-tronco adultas são não apenas multipotentes (capazes de gerar os tipos celulares que compõem o tecido ou órgão específico onde estão situadas), mas também pluripotentes (podem gerar células de outros órgãos e tecidos).

A pluripontecialidade foi demonstrada pela equipe de cientistas liderados pelos neurobiólogos Christopher Bjornson, da Universidade de Washington, Seattle, USA e Angelo Vescovi, do Instituto Nacional Neurológico de Milão, Itália, em janeiro de 1999.

Os pesquisadores demonstraram que uma célula-tronco adulta derivada de um tecido altamente diferenciado e com limitada capacidade de proliferação pode seguir um programa de diferenciação totalmente diverso se colocada em um ambiente adequado.

Também deixou claro que o potencial de diferenciação das células-tronco adultas não é limitado por sua origem embriológica: células neurais têm origem no ectoderma e células sangüíneas vêm do mesoderma embrionário.

Essa pluripotencialidade das células-tronco adultas elimina não só as questões ético-religiosas, envolvidas no emprego das células-tronco embrionárias, mas também os problemas de rejeição imunológica, já que células-tronco do próprio paciente adulto podem ser usadas para regenerar seus tecidos ou órgãos lesados.

Infelizmente, a pluripotencialidade das células-tronco adultas tem sido contestada por estudos desenvolvidos em diversos laboratórios, tornando ainda mais necessário que os cientistas possam investigar o uso de células-tronco embrionárias humanas nas terapias celulares, comparando-as com as células-tronco adultas.

Gostaria de enfatizar que as células-tronco autólogas (do próprio indivíduo) de qualquer fonte não curam as doenças, pois não corrigem as causas da doença seja ela infecciosa, ambiental ou genética.

Elas permitem que se regenere os orgãos afetados, mas se a causa da doença não for removida, o orgão será novamente lesado.

Sendo assim, é importante que se possa conjugar as terapias celulares com a GÊNICA, por exemplo, na cura de doenças de origem genética.

Isto requer a manipulação genética das células-tronco do indivíduo para corrigir o defeito genético antes de injetá-las no paciente.

Se a doença for de causa infecciosa ou ambiental é preciso que além da terapia celular se remova o agente infeccioso ou ambiental causador da doença.

Existe a possibilidade da utilização de células-tronco heterólogas (de indivíduos diferentes do receptor) mas ainda há muita discussão a respeito de problemas de rejeição imunológica com estas células. Aqui novamente há ainda necessidade de muita pesquisa.


Antonio Carlos Campos de Carvalho é professor de fisiologia e biofísica da Universidade Federal do Rio de Janeiro e um dos responsáveis pelo Instituto de Bioengenharia Tecidual do Instituto do Milênio.

* Adaptação por Margareth Franco, do artigo de Antonio Carlos Campos de Carvalho, publicado originalmente na revista Ciência Hoje (SBPC), vol. 29, n. 172, junho de 2001, com autorização, revisão e atualização do autor.

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Atualizado em 10/02/2004
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'Viagra do Himalaia' gera disputas (Postado por Erick Oliveira)

Fungo é conhecido por suas qualidades afrodisíacas; um quilo do produto chega a custar 10 mil dólares.

Um fungo encontrado no Himalaia, em altitudes superiores a três mil e quinhentos metros, vem gerando disputas devido ao seu alto valor econômico.
O fungo yarsagumba é conhecido como o 'viagra do Himalaia' e, há séculos, vem sendo valorizado pelos chineses por suas qualidades afrodisíacas. Os chineses também acreditam que a droga medicinal tenha outras qualidades, como trazer longa vida e promover a cura de doenças.
Fungo é conhecido por suas qualidades afrodisíacas
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Atualmente, um quilo do fungo pode custar dez mil dólares.
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