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

Tradutor: Margarida Ferreira Revisora: Mafalda Ferreira

As far as we know,

Tanto quanto sabemos,

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

só há uma coisa no nosso sistema solar,

suficientemente sofisticada para se estudar a si mesma:

the human brain.

o cérebro humano.

But this self-investigation is incredibly challenging;

Mas esta autoinvestigação é um desafio incrível,

a living brain is shielded by a thick skull,

porque um cérebro vivo está protegido por um crânio espesso,

swaddled in layers of protective tissue,

envolvido em camadas de tecido protetor

and made up of billions of tiny, connected cells.

e é composto por milhares de milhões de células minúsculas.

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

Por isso, é muito difícil isolar, observar e compreender

doenças como a de Alzheimer.

like Alzheimer’s.

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

Então, como estudar cérebros vivos sem prejudicar os seus possuidores?

We can use a trio of techniques called EEG,

Podemos usar um trio de técnicas, chamadas EEG,

fMRI,

fMRI

and PET.

e TEP.

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

Cada uma mede uma coisa diferente e tem os seus prós e os seus contras.

and we’ll look at each in turn.

Vamos ver cada uma delas, por sua vez.

First is EEG, or electroencephalography,

Primeiro, a EEG - a eletroencefalografia -

which measures electrical activity in your brain.

que mede a atividade elétrica do cérebro.

As brain cells communicate, they produce waves of electricity.

Quando as células cerebrais comunicam, produzem ondas elétricas.

Electrodes placed on the skull pick up these waves,

Os elétrodos colocados no crânio detetam essas ondas

and differences in the signals detected between electrodes

e as diferenças nos sinais detetados entre os elétrodos

provide information about what’s happening.

fornecem informações sobre o que está a acontecer.

This technique was invented almost 100 years ago,

Esta técnica foi inventada há quase 10 anos

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

e ainda é usada para diagnosticar situações como a epilepsia

e as perturbações do sono.

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

Também é usada para investigar quais as áreas do cérebro ativas

during learning or paying attention.

durante a aprendizagem ou quando estamos atentos.

EEG is non-invasive,

A EEG não é invasiva,

relatively inexpensive,

tem um custo relativamente baixo

and fast:

e é rápida.

it can measure changes that occur in just milliseconds.

Pode medir alterações que ocorrem apenas em milissegundos.

Unfortunately, it’s hard to determine

Infelizmente, é difícil determinar exatamente

exactly where any particular pattern originates.

onde se origina qualquer padrão determinado.

Electrical signals are generated constantly all over the brain

Os sinais elétricos são gerados permanentemente por todo o cérebro

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.

O uso de mais elétrodos ou de algoritmos sofisticados

para processamento de dados, é uma ajuda.

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

Mas, embora a EEG nos informe com precisão

quando ocorre determinada atividade,

it can’t tell you precisely where.

não nos diz exatamente onde.

To do that, you’d need another technique,

Para isso, precisamos de 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 a rapidez com que o oxigénio é consumido

pelas células cerebrais.

Active areas of the brain use oxygen more quickly.

As áreas ativas do cérebro gastam o oxigénio mais rapidamente.

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

Por isso, observar uma fMRI, enquanto uma pessoa executa

tarefas cognitivas ou comportamentais,

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

pode fornecer informações sobre quais as regiões do cérebro

que estão envolvidas.

That allows us to study everything from how we see faces

Isso permite-nos estudar tudo, desde como vemos rostos

to how we understand what we’re feeling.

a como percebemos o que estamos a sentir.

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

A fMRI pode detetar diferenças na atividade do cérebro

com uma resolução de milímetros

but it’s thousands of times slower than EEG.

mas é mil vezes mais lenta do que EEG.

Using the two techniques together

O uso das duas técnicas em conjunto

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

pode mostrar quando e onde está a ocorrer a atividade neuronal.

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

A terceira técnica, ainda mais precisa,

chama-se tomografia por emissão de positrões

and it measures radioactive elements introduced into the brain.

e mede elementos radioativos introduzidos no cérebro.

That sounds much scarier than it actually is;

Isto parece muito mais assustador do que é na realidade.

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

A TEP, tal como a fMRI e a EEG, é totalmente segura.

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

Durante uma TEP, injeta-se na corrente sanguínea

uma pequena quantidade de material radioativo, chamado marcador.

is injected into the bloodstream,

and doctors monitor its circulation through the brain.

Os médicos vigiam a sua circulação através do cérebro.

By modifying the tracer to bind to specific molecules,

Modificando o marcador para se ligar com moléculas específicas,

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

os investigadores podem usar a TEP

para estudar a complexa 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 detetar doenças como a de Alzheimer.

But this technique has the lowest time resolution of all

Mas esta técnica tem a resolução mais baixa de todas,

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

porque o marcador demora minutos a circular e a mostrar as alterações.

These techniques collectively help doctors and scientists

Estas técnicas, em conjunto, ajudam os médicos e os cientistas

connect what happens in the brain with our behavior.

a relacionar o que acontece no cérebro, com o nosso comportamento.

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

Mas também estão limitadas pelas muitas coisas que ainda não sabemos.

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

Por exemplo, digamos que os cientistas querem estudar como funciona a memória.

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

Depois de pedir a 50 participantes para memorizarem uma série de imagens

enquanto se sujeitam a uma MRI,

the researchers might analyze the results

os investigadores podem analisar os resultados

and discover a number of active brain regions.

e descobrir uma série de regiões cerebrais ativas.

Making a link between memory and specific parts of the brain

Fazer a ligação entre a memória e partes específicas do cérebro

is an important step forward.

é um importante passo em frente.

But future research would be necessary

Mas será necessária mais investigação

to better understand what’s happening in each region,

para perceber melhor o que está a acontecer em cada região,

how they work together,

como é que funcionam em conjunto

and whether the activity is because of their involvement in memory

e se a atividade é devida ao seu envolvimento com a memória

or another process occurring simultaneously.

ou com outro processo que ocorra em simultâneo.

More advanced imaging and analysis technology

Uma tecnologia mais avançada de imagem e análise

might one day provide more accurate results

pode vir um dia a fornecer resultados mais rigorosos

and even distinguish

e até mesmo distinguir a atividade de neurónios individuais.

the activity of individual neurons.

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

Até lá, o nosso cérebro vai continuar a medir, a analisar e a inovar

in pursuit of that quest to understand

na busca dessa missão para compreender

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

uma das coisas mais espantosas que já encontrámos.