Allan Jones: Um mapa do cérebro

Os humanos há muito que alimentam um fascínio pelo cérebro humano. Projectamo-lo, descrevemo-lo, desenhámo-lo, mapeámo-lo. Ora, tal como os mapas físicos do nosso mundo que foram altamente influenciados pela tecnologia -- pensem no Google Maps, pensem no GPS -- a mesma coisa está a acontecer com o mapeamento do cérebro através da transformação.

Então, vamos dar uma olhadela ao cérebro. A maioria das pessoas, quando olha pela primeira vez para um cérebro humano fresco, diz: "Não se parece com o que tipicamente se vê quando alguém nos mostra um cérebro." Tipicamente, aquilo que se vê é um cérebro fixo. É cinzento. E esta camada exterior, é a vascularização, que é incrível, à volta de um cérebro humano. Isto são os vasos sanguíneos. 20 por cento do oxigénio vindo dos vossos pulmões, 20 por cento do sangue bombeado do vosso coração, está ao serviço deste único órgão. Que, basicamente, se segurarem em dois punhos juntos, é apenas ligeiramente maior que os dois punhos.

Cientistas, mais ou menos no final do séc. XX, descobriram que conseguiam rastrear o fluxo sanguíneo para mapear não-invasivamente onde a actividade se passava no cérebro humano. Então, por exemplo, conseguem ver na parte de trás do cérebro, que está mesmo a começar a aparecer ali. Ali está o cerebelo; que vos permite manter direitos neste momento. Que me permite estar em pé. Está envolvido no movimento coordenado. Aqui de lado, este é o córtex temporal. Esta é a área onde o processamento primário da audição -- estão a escutar as minhas palavras, estão a enviá-las para centros de processamento de linguagem mais avançados. Mais para a parte da frente do cérebro está a área em que todo o pensamento mais complexo, a tomada de decisões -- é a última a amadurecer no fim da idade adulta. É aqui que todos os processos de tomada de decisão ocorrem. É o local em que estão a decidir, neste preciso momento, que provavelmente não vão pedir o bife ao jantar.

Então, se olharmos de forma mais profunda para o cérebro, uma das coisas, se olharmos para ele num corte transversal, o que podemos ver é que não conseguimos ver, na verdade, muita estrutura ali. Mas de facto há ali muita estrutura. São células e fios todos ligados. Então, há cerca de cem anos atrás, alguns cientistas inventaram um corante capaz de corar células. E isso é mostrado aqui em azul muito claro. Podem ver áreas em que corpos normais de células estão a ser corados. E o que se consegue ver é que é muito não-uniforme. Consegue-se ver muito mais estrutura ali. Então, a parte exterior daquele cérebro é o neocórtex. É uma unidade de processamento contínuo, se quiserem. Mas também conseguem ver coisas ali debaixo. E todas estas áreas em branco são as áreas em que os fios passam. Provavelmente têm uma menor densidade de células. Há, então, cerca de 86 mil milhões de neurónios no nosso cérebro. E como podem ver, estão distribuídos de forma muito não-uniforme. E a forma como estão distribuídos realmente contribui para a sua função subjacente. E claro, como referi anteriormente, uma vez que agora podemos começar a mapear as funções cerebrais, podemos começar a ligá-las às células individuais.

Vamos então olhar de forma mais profunda. Vamos olhar para os neurónios. Como referi, há 86 mil milhões de neurónios. Há também estas células mais pequenas como irão ver. Estas são células de suporte -- astrócitos. E os nervos, são eles mesmos que recebem a informação/estímulo (input). Armazenam-na, processam-na. Cada neurónio está ligado através das sinapses com até 10.000 outros neurónios no vosso cérebro. E cada neurónio, em si mesmo, é bastante único. O carácter único quer dos neurónios individuais quer dos neurónios no interior de uma colecção do cérebro são accionados pelas propriedades fundamentais da sua bioquímica subjacente. Isto são proteínas. São proteínas que estão a controlar coisas como o movimento dos canais iónicos. Estão a controlar com quem as células do sistema nervoso se associam. E estão a controlar basicamente tudo o que o sistema nervoso tem de fazer.

Então se aumentarmos o zoom para um nível ainda mais profundo, todas estas proteínas estão codificadas pelos nossos genomas. Cada um de nós tem 23 pares de cromossomas. Obtemos um da mãe, outro do pai. E nestes cromossomas estão aproximadamente 25.000 genes. Estão codificados no ADN. E a natureza de uma certa célula accionando a sua bioquímica subjacente é ditada pelos genes, de entre os 25.000, que são activados e pelo nível a que são activados.

E por isso, o nosso projecto procura olhar para esta leitura, e compreender qual destes 25.000 genes está activado. Então, para levar a cabo um projecto destes, obviamente, precisamos de cérebros. Então mandámos o nosso técnico de laboratório ir à procura. Estávamos à procura de cérebros humanos normais. Aquilo com que começámos foi com um gabinete de médico legista. Isto é um sítio onde são trazidos os mortos. Estamos à procura de cérebros humanos normais. Há muitos critérios a seguir na selecção destes cérebros. Temos de garantir que temos cérebros normais entres os 20 e os 60 anos, que morreram de certo modo de morte natural, sem qualquer lesão no cérebro, sem qualquer historial de doença psiquiátrica, sem uso de drogas -- fazemos uma despistagem da toxicologia. E somos muito cuidadosos acerca dos cérebros que realmente levamos. Além disso, seleccionamos os cérebros em que possamos obter o tecido, em que possamos obter consentimento para obter o tecido no espaço de 24 horas a seguir à morte. Porque o que estamos a tentar medir, o ARN -- que é a leitura dos nossos genes -- é muito instável, e por isso temos de nos mexer muito rapidamente.

Uma nota de rodapé sobre a recolha de cérebros: por causa da forma como os recolhemos, e porque precisamos de consentimento, acabamos por ter muito mais cérebros masculinos do que femininos. Há uma probabilidade muito maior de os homens sofrerem uma morte acidental em tenra idade. E há uma probabilidade muito maior de os homens terem a sua cara-metade, ou esposo, a dar consentimento, do que o contrário.

(Risos)

Então, a primeira coisa que fazemos no local da recolha é recolher o que é chamado RM. Isto é, ressonância magnética -- RM. É um modelo comum ao qual iremos indexar o resto dos dados. Então recolhemos esta RM. E podem pensar nisto como a vista por satélite do nosso mapa. A seguir o que fazemos é recolher o que é chamado uma ressonância magnética com tensor de difusão. Isto mapeia a grande cablagem do cérebro. E de novo, podem pensar nisto quase como mapear as nossas autoestradas, se quiserem. O cérebro é removido do crânio, e depois é cortado em fatias de um centímetro. E estas são congeladas, e enviadas para Seattle. E em Seattle, pega-se nisto -- isto é um hemisfério humano inteiro -- e colocamo-lo dentro do que é basicamente um cortador de carne chique. Há aqui uma lâmina que vai cortar através de uma secção de tecido e transferi-lo para uma lâmina de microscópio. A seguir vamos aplicar-lhe um destes corantes, e digitalizamo-lo. E a seguir o que obtemos é o nosso primeiro mapeamento.

Então é aqui que entram os peritos e eles fazem atribuições anatómicas básicas. Podem pensar nas fronteiras entre estados, se quiserem, nessas linhas bastante largas. A partir disto, somos capazes de fragmentar esse cérebro em mais pedaços ainda, que depois podemos colocar num criostato mais pequeno. E isto só está a mostrar isto aqui -- este tecido congelado, que está a ser cortado. Tem 20 mícrones de espessura, ou seja da espessura do cabelo de um bebé. E lembrem-se, está congelado. E podem ver aqui, a tecnologia antiquada do pincel a ser aplicada. Tiramos uma lâmina de microscópio. A seguir colamos cuidadosamente à lâmina. Isto a seguir irá para um robô que irá aplicar um daqueles corantes. E os nossos anatomistas irão olhar de forma mais profunda para isto.

De novo, isto é o que eles conseguem ver ao microscópio. Podemos ver as colecções e configurações de células grandes e pequenas em aglomerados e vários lugares. E a partir daí é rotina. Eles percebem onde fazer as atribuições. E conseguem fazer o que é basicamente um atlas de referência. Isto é um mapa mais detalhado.

Os nossos cientistas depois usam isto para voltar a um outro pedaço daquele tecido e fazer o que é chamado de microdissecação por scanning de laser. O técnico recebe as instruções. Eles copiam por cima num segmento ali. E depois o laser corta. Podem ver o ponto azul ali a cortar. E aquele tecido cai. Podem ver a lâmina de microscópio ali, aquilo é o que está a acontecer em tempo real. Há um recipiente por debaixo que recolhe aquele tecido. Retiramos aquele tecido, purificamos o ARN e retiramo-lo, usando tecnologia básica, e depois aplicamos-lhe uma etiqueta fluorescente. Pegamos no material etiquetado e colocamo-lo em algo que chamamos de microarray.

Ora isto pode parecer um monte de pontos para vocês, mas cada um destes pontos individuais é na verdade um pedaço único de genoma humano que isolámos num vidro. Isto tem aproximadamente 60.000 elementos, por isso medimos repetidamente vários genes dos 25.000 genes do genoma. E quando recolhemos uma amostra e a hibridizamos, conseguimos uma impressão digital única, por assim dizer, quantitativa, de quantos genes são activados naquela amostra.

Ora, nós fazemos isto uma e outra vez, este processo para cada um dos cérebros. Estamos a recolher mil amostras para cada cérebro. Esta área mostrada aqui é uma área chamada hipocampo. Está envolvida na aprendizagem e na memória. E contribui em cerca de 70 amostras daquelas 1000 amostras. Cada amostra dá-nos cerca de 50.000 pontos de dados com medições repetidas, mil amostras.

Então, temos aproximadamente 50 milhões de pontos de dados para cada cérebro humano. Fizemos, até agora, dados equivalentes a dois cérebros humanos. Juntámos tudo isso numa única coisa, e irei mostrar-vos a síntese disso. Basicamente trata-se de um grande conjunto de dados que está inteiramente disponível de forma livre a qualquer cientista em todo o mundo. Nem sequer têm de se registar para usarem esta ferramenta, explorar estes dados, encontrar coisas interessantes com isto. Aqui estão as modalidades que reunimos. Irão reconhecer estas coisas a partir do que juntámos anteriormente. Aqui está a RM. Proporciona a base de trabalho. Há uma área para o operador à direita que permite que se rode, que se faça zoom, que se realce estruturas individuais.

Mas, mais importante, estamos agora a mapear esta estrutura anatómica, que é uma estrutura anatómica comum, para que as pessoas percebam onde os genes são activados. Então, os níveis vermelhos são onde um gene é activado a um nível elevado. O verde são o tipo de áreas frias que não estão activadas. E cada gene dá-nos uma impressão digital. E lembrem-se que examinámos todos os 25.000 genes do genoma e temos todos esses dados disponíveis.

Então, o que podem os cientistas aprender acerca destes dados? Nós próprios estamos apenas a começar a olhar para estes dados. Há algumas coisas básicas que queremos compreender. Dois grandes exemplos são as drogas, Prozac e Wellbutrin. São antidepressivos receitados frequentemente. Lembrem-se, estamos a examinar genes. Os genes enviam as instruções para produzir proteínas. As proteínas são os alvos das drogas. As drogas ligam-se às proteínas e, ou as activam, etc. Por isso, se queremos compreender a acção das drogas, queremos compreender como é que actuam nas formas que queremos que actuem, e também nas formas que não queremos que actuem. No perfil de efeitos secundários, etc., queremos ver onde são activados esses genes. E, pela primeira vez, podemos de facto, fazê-lo. Podemos fazê-lo em múltiplos indivíduos que também examinámos.

Então, agora podemos olhar através de todo o cérebro. Podemos ver esta impressão digital única. e obter confirmação. Obtemos confirmação que, de facto, o gene está activado -- para algo como o Prozac, em estruturas serotonérgicas, coisas que já são conhecidas por serem afectadas -- mas também vemos o todo. Também vemos áreas que nunca ninguém tinha visto, e vemos estes genes activados ali. É um efeito secundário do mais interessante que pode haver. Algo que também se pode fazer com isto, porque é um exercício de equivalência de padrões, porque existe uma impressão digital única, conseguimos de facto digitalizar todo o genoma e encontrar outras proteínas que mostram uma impressão digital semelhante. Por isso se andarem à procura de drogas, por exemplo, podem percorrer uma lista inteira do que um genoma tem para oferecer para encontrar talvez melhores alvos para as drogas e optimizar.

A maioria de vós provavelmente está familiarizada com estudos de associação de um genoma inteiro que, na cobertura noticiosa, são do tipo, "Cientistas descobriram recentemente o gene ou os genes que afectam X." E este tipo de estudos são regularmente publicados por cientistas e são excelentes. Analisam grandes populações. Estudam os seus genomas inteiros, e tentam descobrir hot spots de actividade que estão ligados de forma causal aos genes. Mas o que se obtém de exercícios assim é simplesmente uma lista de genes. Diz-nos o quê, mas não nos diz o onde. E por isso é muito importante para esses investigadores que tenhamos criado este recurso. Agora eles podem vir e começar a ter pistas acerca da actividade. Podem começar a observar vias comuns -- de outras formas que simplesmente não tinham sido capazes anteriormente.

Por isso penso que este público em particular pode compreender a importância da individualidade. E penso que cada humano, todos temos um historial genético diferente, todos vivemos uma vida separada. Mas a verdade é que os nossos genomas são semelhantes em mais de 99 por cento. Somos semelhantes ao nível genético. E o que estamos a descobrir é que, de facto, mesmo ao nível bioquímico cerebral, somos bastante semelhantes. Isto mostra que não é 99 por cento, mas é uma correspondência de aproximadamente 90 por cento com um desvio razoável, por isso tudo o que está na nuvem está aproximadamente correlacionado. E depois encontramos alguns valores discrepantes, algumas coisas que ficam para além da nuvem. E esses genes são interessantes, mas são muito subtis. Por isso penso que uma mensagem importante para levar para casa hoje é que mesmo que celebremos todas as nossas diferenças, somos bastante semelhantes mesmo ao nível cerebral.

Ora bem, qual é o aspecto dessas diferenças? Este é um exemplo de um estudo que fizemos para seguir e ver quais eram exactamente essas diferenças -- e são bastante subtis. Isto são coisas em que genes são activados num tipo de célula individual. Isto são dois genes que descobrimos serem bons exemplos. Um é chamado RELN - está envolvido nos sinais do desenvolvimento inicial. DISC1 é um gene que é eliminado na esquizofrenia. Estes não são indivíduos esquizofrénicos, mas apresentam alguma variação em relação à população. Por isso, aquilo que estão a ver aqui no doador um e no doador quatro, que são as excepções em relação aos outros dois, é que os genes estão a ser activados num subgrupo de células muito específico. É este precipitado púrpura escuro dentro da célula que nos está a dizer que ali um gene está activado. Se isso é devido ou não ao historial genético ou às experiências de um indivíduo, não sabemos. Esse tipo de estudos requer populações muito maiores.

Então, vou deixar-vos com uma nota final acerca da complexidade do cérebro e de como precisamos de ir muito mais longe. Penso que estes recursos são incrivelmente valiosos. Oferecem aos investigadores uma forma de controlar para onde vão. Mas apenas olhámos para uma mão cheia de indivíduos até agora. Certamente iremos observar muitos mais. Irei concluir dizendo apenas que as ferramentas estão aí, e isto é um continente que está verdadeiramente por explorar, por descobrir. Isto é a nova fronteira, por assim dizer. E para aqueles que são audazes mas se sentem humildes perante a complexidade do cérebro, perante a complexidade do cérebro, o futuro aguarda.

Obrigado.

(Aplausos)