How do we safely study living brains? - John Borghi and Elizabeth Waters

Tradutor: Raissa Castro Revisor: Elisa Santos

As far as we know,

Pelo que sabemos,

there’s only one thing in our solar system sophisticated enough to study itself:

só existe uma coisa no nosso sistema solar capaz de estudar a si mesma:

the human brain.

o cérebro humano.

But this self-investigation is incredibly challenging;

Mas essa autoinvestigação é incrivelmente desafiadora.

a living brain is shielded by a thick skull,

O cérebro vivo é protegido por um crânio espesso,

swaddled in layers of protective tissue,

coberto por camadas de tecido protetor,

and made up of billions of tiny, connected cells.

e formado por bilhões de pequenas células conectadas.

That’s why it’s so difficult to isolate, observe, and understand diseases

Por isso é tão difícil isolar, observar e entender doenças

como a de Alzheimer.

like Alzheimer’s.

So how do we study living brains without harming their owners?

Como é possível estudar cérebros vivos sem prejuízo aos seus donos?

Podemos usar um trio de técnicas chamadas EEG,

We can use a trio of techniques called EEG,

fMRI,

fMRI

and PET.

e PET.

Each measures something different and has its own strengths and weaknesses,

Cada uma mede algo diferente e tem seus prós e contras.

and we’ll look at each in turn.

Veremos uma por vez.

First is EEG, or electroencephalography,

A primeira é a EEG, ou eletroencefalografia,

which measures electrical activity in your brain.

que mede a atividade elétrica no cérebro.

As brain cells communicate, they produce waves of electricity.

Ao se comunicar, as células cerebrais produzem ondas de eletricidade.

Electrodes placed on the skull pick up these waves,

Eletrodos colocados na cabeça captam essas ondas,

and differences in the signals detected between electrodes

e as diferenças encontradas entre os sinais de cada eletrodo

provide information about what’s happening.

fornecem informações sobre o que está acontecendo.

This technique was invented almost 100 years ago,

Essa técnica foi inventada quase 100 anos atrás,

and it’s still used to diagnose conditions like epilepsy and sleep disorders.

e ainda é usada no diagnóstico de doenças como epilepsia e transtornos do sono.

It’s also used to investigate what areas of the brain are active

Também é usada para investigar quais áreas do cérebro se ativam

during learning or paying attention.

durante o aprendizado e a concentração.

A EEG não é invasiva,

EEG is non-invasive,

relatively inexpensive,

é relativamente barata,

and fast:

e também rápida:

consegue captar mudanças que ocorrem em milissegundos.

it can measure changes that occur in just milliseconds.

Unfortunately, it’s hard to determine

Infelizmente, é difícil determinar

exactly where any particular pattern originates.

exatamente de onde vem cada padrão de ondas.

Electrical signals are generated constantly all over the brain

Sinais elétricos são gerados no cérebro o tempo todo,

and they interact with each other to produce complex patterns.

e interagem uns com os outros, produzindo padrões complexos.

Using more electrodes or sophisticated data-processing algorithms can help.

Usar mais eletrodos ou um processamento de dados mais avançado pode ajudar.

But in the end, while EEG can tell you precisely when certain activity occurs,

Enfim, apesar de a EEG mostrar quando a atividade acontece,

it can’t tell you precisely where.

não consegue determinar onde ela acontece.

To do that, you’d need another technique,

Para isso, é preciso outra técnica,

such as functional magnetic resonance imaging, or fMRI.

como a imagem por ressonância magnética funcional, ou fMRI.

fMRI measures how quickly oxygen is consumed by brain cells.

A fMRI mede o quão rápido o oxigênio é consumido pelas células cerebrais.

Active areas of the brain use oxygen more quickly.

Áreas ativas do cérebro usam oxigênio mais rapidamente.

So watching an fMRI scan while a person completes cognitive or behavioral tasks

Um exame de fMRI, enquanto o paciente faz atividades cognitivas ou comportamentais,

can provide information about which regions of the brain might be involved.

fornece informações sobre quais regiões do cérebro podem estar envolvidas.

That allows us to study everything from how we see faces

Isso nos permite estudar tudo, desde o modo como identificamos rostos

to how we understand what we’re feeling.

até como interpretamos nossos sentimentos.

fMRI can pinpoint differences in brain activity to within a few millimeters,

A fMRI pode identificar diferenças milimétricas na atividade cerebral,

but it’s thousands of times slower than EEG.

mas é milhares de vezes mais lenta que a EEG.

Using the two techniques together

Utilizar as duas técnicas juntas pode ajudar a mostrar

can help show when, and where, neural activity is occurring.

quando e onde acontece a atividade cerebral.

The third, even more precise, technique is called positron emission tomography

A terceira técnica, chamada tomografia por emissão de pósitrons,

and it measures radioactive elements introduced into the brain.

é ainda mais precisa, e mede elementos radioativos introduzidos no cérebro.

That sounds much scarier than it actually is;

Isso soa mais assustador do que realmente é.

PET scans, like fMRI and EEG, are completely safe.

Exames de PET, como fMRI e EEG, são completamente seguros.

During a PET scan, a small amount of radioactive material called a tracer

Durante um exame de PET, pequenas quantidades de material radioativo

is injected into the bloodstream,

são injetadas na corrente sanguínea,

and doctors monitor its circulation through the brain.

e os médicos monitoram sua circulação pelo cérebro.

By modifying the tracer to bind to specific molecules,

Ao fazer as substâncias radioativas se prenderem a moléculas específicas,

researchers can use PET to study the complex chemistry in our brains.

os pesquisadores conseguem usar o PET para estudar a química do cérebro.

It’s useful for studying how drugs affect the brain

É útil para estudar como as drogas afetam o cérebro,

and detecting diseases like Alzheimer’s.

e detectar doenças como Alzheimer.

But this technique has the lowest time resolution of all

Porém essa técnica tem a menor resolução temporal de todas,

because it takes minutes for the tracer to circulate and changes to show up.

porque leva minutos para as substâncias circularem e mostrarem mudanças.

These techniques collectively help doctors and scientists

Essas técnicas, em conjunto, ajudam médicos e cientistas

connect what happens in the brain with our behavior.

a conectar o que acontece no cérebro com o nosso comportamento.

But they’re also limited by how much we still don't know.

Mas também são limitadas pelo quanto ainda não sabemos.

For example, let's say researchers are interested in studying how memory works.

Por exemplo, imagine pesquisadores que estudam o funcionamento da memória.

After asking 50 participants to memorize a series of images while in MRI scanners,

Após pedir a 50 pessoas que memorizem imagens durante exames de MRI,

the researchers might analyze the results

pesquisadores podem analisar os resultados

e descobrir um número de regiões ativas no cérebro.

and discover a number of active brain regions.

Making a link between memory and specific parts of the brain

Fazer conexões entre a memória e partes específicas do cérebro

is an important step forward.

é um avanço importante.

Mas outras pesquisas seriam necessárias

But future research would be necessary

to better understand what’s happening in each region,

para entender melhor o que acontece em cada região,

how they work together,

como elas trabalham juntas,

e se a atividade é relacionada à memória

and whether the activity is because of their involvement in memory

or another process occurring simultaneously.

ou a outro processo que acontece ao mesmo tempo.

More advanced imaging and analysis technology

Tecnologias mais avançadas de imagiologia e análise

might one day provide more accurate results

poderão um dia fornecer resultados mais precisos,

and even distinguish

até mesmo distinguindo a atividade de cada neurônio.

the activity of individual neurons.

Until then, our brains will keep measuring, analyzing, and innovating

Até lá, nossos cérebros vão continuar medindo, analisando e inovando

in pursuit of that quest to understand

em busca de entender

one of the most remarkable things we’ve ever encountered.

uma das coisas mais extraordinárias que já encontramos.