What we'll learn about the brain in the next century | Sam Rodriques

Tradutor: Milena Shimada Revisor: Maricene Crus

I want to tell you guys something about neuroscience.

Quero falar sobre neurociência.

I'm a physicist by training.

Sou físico de formação.

About three years ago, I left physics

Há cerca de três anos, deixei a física

to come and try to understand how the brain works.

para tentar entender como o cérebro funciona.

And this is what I found.

Eis o que descobri.

Lots of people are working on depression.

Muita gente está estudando a depressão.

And that's really good,

Isso é muito bom,

depression is something that we really want to understand.

pois a depressão é algo que realmente queremos entender.

Here's how you do it:

Veja como isso é feito:

you take a jar and you fill it up, about halfway, with water.

você pega uma jarra e a enche com água até a metade.

And then you take a mouse, and you put the mouse in the jar, OK?

Então, pega um rato e o coloca na jarra.

And the mouse swims around for a little while

O rato nada por um tempo

and then at some point, the mouse gets tired

e, em algum momento, se cansa e decide parar de nadar.

and decides to stop swimming.

And when it stops swimming, that's depression.

A depressão é quando ele desiste de nadar.

OK?

Certo?

And I'm from theoretical physics,

Sou da física teórica

so I'm used to people making very sophisticated mathematical models

e estou acostumado com pessoas criando modelos matemáticos bem sofisticados

to precisely describe physical phenomena,

pra descrever fenômenos físicos com precisão.

so when I saw that this is the model for depression,

Quando vi que esse era o modelo para a depressão,

I though to myself, "Oh my God, we have a lot of work to do."

pensei : "Meu Deus, temos muito trabalho a fazer".

(Laughter)

(Risos)

But this is a kind of general problem in neuroscience.

Esse é um problema um pouco generalizado na neurociência.

So for example, take emotion.

Por exemplo, as emoções.

Lots of people want to understand emotion.

Muita gente quer entender as emoções.

But you can't study emotion in mice or monkeys

Mas não é possível estudar as emoções em ratos ou macacos,

because you can't ask them

pois não dá para perguntar como eles estão se sentindo.

how they're feeling or what they're experiencing.

Então, quem quer entender as emoções

So instead, people who want to understand emotion,

typically end up studying what's called motivated behavior,

acaba estudando o chamado comportamento motivado,

which is code for "what the mouse does when it really, really wants cheese."

em outras palavras, o que o rato faz quando quer muito comer queijo.

OK, I could go on and on.

Poderia dar vários outros exemplos.

I mean, the point is, the NIH spends about 5.5 billion dollars a year

A questão é que o Ministério da Saúde dos EUA gasta US$ 5,5 bilhões por ano

on neuroscience research.

em pesquisas na neurociência.

And yet there have been almost no significant improvements in outcomes

Entretanto, quase não houve melhoras significativas nos resultados

for patients with brain diseases in the past 40 years.

para os pacientes com doenças neurológicas nos últimos 40 anos.

Acho que, em grande parte, isso se deve ao fato

And I think a lot of that is basically due to the fact

that mice might be OK as a model for cancer or diabetes,

de que ratos podem ser um bom modelo para câncer ou diabetes,

but the mouse brain is just not sophisticated enough

mas seu cérebro não é sofisticado

to reproduce human psychology or human brain disease.

para reproduzir a psicologia ou as doenças neurológicas dos humanos.

OK?

Certo?

So if the mouse models are so bad, why are we still using them?

Se os modelos com ratos são tão ruins, por que ainda são usados?

Well, it basically boils down to this:

Basicamente se resume a isso:

the brain is made up of neurons

o cérebro humano é composto por neurônios,

which are these little cells that send electrical signals to each other.

que são pequenas células que enviam sinais elétricos umas às outras.

If you want to understand how the brain works,

Se você quer entender como o cérebro funciona,

you have to be able to measure the electrical activity of these neurons.

tem que ser capaz de medir a atividade elétrica desses neurônios.

But to do that, you have to get really close to the neurons

Mas, para isso, é preciso chegar muito perto dos neurônios

with some kind of electrical recording device or a microscope.

com algum dispositivo de gravação elétrico ou microscópio.

And so you can do that in mice and you can do it in monkeys,

Você pode fazer isso em ratos e macacos,

because you can physically put things into their brain

porque é possível colocar coisas no cérebro deles,

but for some reason we still can't do that in humans, OK?

mas ainda não podemos fazer o mesmo em humanos.

So instead, we've invented all these proxies.

Em vez disso, inventamos diversas alternativas.

So the most popular one is probably this,

Talvez a mais popular seja

functional MRI, fMRI,

a ressonância magnética funcional, IRMf,

which allows you to make these pretty pictures like this,

que permite obter imagens bonitas como esta,

that show which parts of your brain light up

que mostram quais partes do cérebro acendem

when you're engaged in different activities.

enquanto realizamos diferentes atividades.

But this is a proxy.

Mas isso é uma representação.

You're not actually measuring neural activity here.

A atividade neural não está sendo mensurada de fato.

What you're doing is you're measuring, essentially,

O que está sendo medido, essencialmente,

like, blood flow in the brain.

é o fluxo sanguíneo no cérebro, onde há mais sangue.

Where there's more blood.

Na verdade, onde há mais oxigênio, mas vocês entenderam.

It's actually where there's more oxygen, but you get the idea, OK?

A outra coisa que podemos fazer

The other thing that you can do is you can do this --

electroencephalography -- you can put these electrodes on your head, OK?

é o eletroencefalograma, colocando eletrodos na cabeça

And then you can measure your brain waves.

para medir as ondas cerebrais.

And here, you're actually measuring electrical activity.

Assim, a atividade elétrica realmente está sendo medida.

But you're not measuring the activity of neurons.

Mas não a atividade dos neurônios.

You're measuring these electrical currents,

Estamos medindo correntes elétricas indo e voltando no cérebro.

sloshing back and forth in your brain.

So the point is just that these technologies that we have

A questão é que as tecnologias que temos

are really measuring the wrong thing.

estão medindo a coisa errada.

Because, for most of the diseases that we want to understand --

Porque, para a maioria das doenças que queremos entender...

like, Parkinson's is the classic example.

Parkinson seria um exemplo clássico.

In Parkinson's, there's one particular kind of neuron deep in your brain

Em Parkinson, há um tipo de neurônio no cérebro

that is responsible for the disease,

que é responsável pela doença.

and these technologies just don't have the resolution that you need

E essas tecnologias simplesmente não têm a resolução necessária

to get at that.

para chegar até eles.

And so that's why we're still stuck with the animals.

E é por isso que ainda estamos presos aos animais.

Not that anyone wants to be studying depression

Não que alguém queira estudar a depressão colocando ratos em jarras,

by putting mice into jars, right?

It's just that there's this pervasive sense that it's not possible

mas há uma ideia generalizada de que não é possível

to look at the activity of neurons in healthy humans.

examinar a atividade dos neurônios em humanos saudáveis.

So here's what I want to do.

Então eis o que quero fazer.

I want to take you into the future.

Quero levar vocês para o futuro,

To have a look at one way in which I think it could potentially be possible.

para imaginar uma maneira através da qual isso seria possível.

And I want to preface this by saying, I don't have all the details.

Quero começar dizendo que não tenho todos os detalhes.

So I'm just going to provide you with a kind of outline.

Então, vou apenas traçar um esboço.

But we're going to go the year 2100.

Vamos ao ano de 2100.

Now what does the year 2100 look like?

Como é o ano 2100?

Well, to start with, the climate is a bit warmer that what you're used to.

Bem, para começar, o clima está um pouco mais quente.

(Laughter)

(Risos)

And that robotic vacuum cleaner that you know and love

O aspirador automático que você conhece e ama

went through a few generations,

passou por algumas gerações,

and the improvements were not always so good.

e as melhorias nem sempre foram boas.

(Laughter)

(Risos)

It was not always for the better.

Nem sempre melhorou.

But actually, in the year 2100 most things are surprisingly recognizable.

Na verdade, a maioria das coisas é bem reconhecível no ano 2100.

It's just the brain is totally different.

Já o cérebro é totalmente diferente.

For example, in the year 2100,

Por exemplo, em 2100,

we understand the root causes of Alzheimer's.

sabemos as causas da doença de Alzheimer,

So we can deliver targeted genetic therapies or drugs

assim, podemos fazer terapias genéticas ou drogas específicas

to stop the degenerative process before it begins.

para impedir o processo degenerativo antes de ele começar.

So how did we do it?

Como fizemos isso?

Well, there were essentially three steps.

Foram basicamente três etapas.

The first step was that we had to figure out

O primeiro passo foi descobrir

some way to get electrical connections through the skull

uma maneira de inserir conexões elétricas através do crânio

so we could measure the electrical activity of neurons.

para medir a atividade elétrica dos neurônios.

And not only that, it had to be easy and risk-free.

Mas teria que ser fácil e livre de riscos.

Something that basically anyone would be OK with,

Algo que qualquer um poderia fazer,

like getting a piercing.

como colocar um piercing.

Because back in 2017,

Porque no passado, em 2017,

the only way that we knew of to get through the skull

a única maneira conhecida de atravessar o crânio

was to drill these holes the size of quarters.

era perfurando buracos do tamanho de moedas.

Você nunca deixaria alguém fazer isso.

You would never let someone do that to you.

So in the 2020s,

Então, nos anos 2020,

people began to experiment -- rather than drilling these gigantic holes,

as pessoas começaram a experimentar, em vez dos buracos gigantescos,

drilling microscopic holes, no thicker than a piece of hair.

a fazer furos microscópicos, da espessura de um fio de cabelo.

And the idea here was really for diagnosis --

A ideia era ajudar no diagnóstico.

there are lots of times in the diagnosis of brain disorders

Muitas vezes, no diagnóstico de distúrbios cerebrais,

when you would like to be able to look at the neural activity beneath the skull

seria útil poder ver a atividade dos neurônios sob o crânio.

and being able to drill these microscopic holes

Poder fazer perfurações microscópicas

would make that much easier for the patient.

tornaria tudo mais fácil para o paciente.

In the end, it would be like getting a shot.

Seria como tomar uma injeção.

You just go in and you sit down

Você apenas se senta,

and there's a thing that comes down on your head,

um aparelho desce na sua cabeça,

and a momentary sting and then it's done,

há uma picada momentânea, e está feito.

and you can go back about your day.

Você pode voltar para o seu dia.

So we're eventually able to do it

Então, finalmente conseguimos fazer isso

using lasers to drill the holes.

usando laser para perfurar os buracos.

And with the lasers, it was fast and extremely reliable,

É rápido e extremamente confiável,

you couldn't even tell the holes were there,

você não percebe que os buracos estão lá

any more than you could tell that one of your hairs was missing.

mais do que poderia perceber um fio de cabelo faltando.

And I know it might sound crazy, using lasers to drill holes in your skull,

Sei que pode parecer maluco, usar lasers para fazer furos no crânio,

but back in 2017,

mas, em 2017,

people were OK with surgeons shooting lasers into their eyes

procedimentos que emitiam lasers dentro dos olhos eram considerados normais

for corrective surgery

em cirurgias de correção.

So when you're already here, it's not that big of a step.

Pensando assim, não é um passo tão grande.

OK?

So the next step, that happened in the 2030s,

O próximo passo, que aconteceu em 2030,

was that it's not just about getting through the skull.

foi além de atravessar o crânio.

To measure the activity of neurons,

Para medir a atividade neural,

you have to actually make it into the brain tissue itself.

é necessário fazer isso no próprio tecido cerebral.

And the risk, whenever you put something into the brain tissue,

E o risco, sempre que algo é colocado no tecido cerebral,

is essentially that of stroke.

é provocar um derrame.

That you would hit a blood vessel and burst it,

Acertar um vaso sanguíneo e furá-lo, causando um derrame.

and that causes a stroke.

So, by the mid 2030s, we had invented these flexible probes

Então, em meados de 2030, inventamos sondas flexíveis

that were capable of going around blood vessels,

que transitavam ao redor dos vasos sanguíneos,

rather than through them.

e não através deles.

And thus, we could put huge batteries of these probes

Assim, poderíamos colocar várias dessas sondas

into the brains of patients

nos cérebros dos pacientes

and record from thousands of their neurons without any risk to them.

e gravar milhares de seus neurônios sem qualquer risco.

And what we discovered, sort of to our surprise,

O que descobrimos, meio que para nossa surpresa,

is that the neurons that we could identify

é que os neurônios que pudemos identificar

were not responding to things like ideas or emotion,

não estavam respondendo a ideias ou emoções,

which was what we had expected.

que era o que esperávamos.

They were mostly responding to things like Jennifer Aniston

Eles respondiam principalmente a coisas como Jennifer Aniston

or Halle Berry

ou Halle Berry

or Justin Trudeau.

ou Justin Trudeau.

I mean --

Quero dizer...

(Laughter)

(Risos)

In hindsight, we shouldn't have been that surprised.

Não deveríamos ficar tão surpresos.

I mean, what do your neurons spend most of their time thinking about?

No que seus neurônios passam a maior parte do tempo pensando?

(Laughter)

(Risos)

But really, the point is that

Realmente, o ponto é que

this technology enabled us to begin studying neuroscience in individuals.

essa tecnologia nos permitiu começar a estudar neurociência em indivíduos.

So much like the transition to genetics, at the single cell level,

Assim como a transição para a genética, em nível celular,

we started to study neuroscience, at the single human level.

começamos a estudar neurociência em nível individual.

But we weren't quite there yet.

Mas ainda não estávamos lá.

Because these technologies

Porque essas tecnologias

were still restricted to medical applications,

ainda estavam restritas para aplicações médicas,

which meant that we were studying sick brains, not healthy brains.

então, estávamos estudando cérebros doentes, não cérebros saudáveis.

Because no matter how safe your technology is,

Não importa o quão segura a tecnologia é,

não se pode inserir algo no cérebro de alguém

you can't stick something into someone's brain

for research purposes.

para fins de pesquisa.

They have to want it.

A pessoa tem que querer.

And why would they want it?

E por que alguém iria querer?

Because as soon as you have an electrical connection to the brain,

Uma vez que você tiver uma conexão elétrica no cérebro,

you can use it to hook the brain up to a computer.

poderá ligá-lo a um computador.

Oh, well, you know, the general public was very skeptical at first.

O público geral foi muito cético no início.

I mean, who wants to hook their brain up to their computers?

Quem quer ligar seu cérebro a computadores?

Well just imagine being able to send an email with a thought.

Bem, imagine poder enviar um e-mail com um pensamento.

(Laughter)

(Risos)

Imagine being able to take a picture with your eyes, OK?

Imagine poder tirar uma foto com seus olhos.

(Laughter)

(Risos)

Imagine never forgetting anything anymore,

Imagine nunca mais esquecer nada,

because anything that you choose to remember

porque qualquer coisa que você queira lembrar

will be stored permanently on a hard drive somewhere,

será armazenada permanentemente em um disco rígido,

able to be recalled at will.

capaz de ser recuperada à vontade.

(Laughter)

(Risos)

The line here between crazy and visionary

A linha entre o que é louco ou visionário

was never quite clear.

nunca foi muito clara,

But the systems were safe.

mas os sistemas eram seguros.

So when the FDA decided to deregulate these laser-drilling systems, in 2043,

Quando a FDA decidiu liberar os sistemas de laser, em 2043,

commercial demand just exploded.

a demanda comercial explodiu.

People started signing their emails,

As pessoas escreviam em seus e-mails:

"Please excuse any typos.

"Desculpe pelos erros. Enviado do meu cérebro".

Sent from my brain."

(Laughter)

(Risos)

Commercial systems popped up left and right,

Muitos sistemas comerciais apareceram

offering the latest and greatest in neural interfacing technology.

oferecendo o melhor da tecnologia de interface neural.

There were 100 electrodes.

Havia 100 eletrodos.

A thousand electrodes.

Mil eletrodos.

High bandwidth for only 99.99 a month.

Banda larga por apenas U$ 99,99 por mês.

(Risos)

(Laughter)

Soon, everyone had them.

Logo, todo mundo tinha.

And that was the key.

E essa foi a chave.

Because, in the 2050s, if you were a neuroscientist,

Porque, nos anos 2050, se você fosse neurocientista,

you could have someone come into your lab essentially from off the street.

qualquer pessoa poderia estar de passagem e entrar em seu laboratório

And you could have them engaged in some emotional task

e realizar alguma tarefa emocional

or social behavior or abstract reasoning,

ou comportamento social, ou raciocínio abstrato,

things you could never study in mice.

coisas impossíveis de estudar em ratos.

And you could record the activity of their neurons

E seria possível gravar a atividade dos neurônios da pessoa

using the interfaces that they already had.

usando as interfaces que ela já possuía.

And then you could also ask them about what they were experiencing.

Seria possível também perguntar o que a pessoa estava sentindo.

So this link between psychology and neuroscience

Esta ligação entre psicologia e neurociência,

that you could never make in the animals, was suddenly there.

que não seria possível com animais, de repente estava lá.

So perhaps the classic example of this

Talvez o exemplo clássico

was the discovery of the neural basis for insight.

tenha sido a descoberta das bases neurais do insight.

That "Aha!" moment, the moment it all comes together, it clicks.

Aquele momento em que tudo faz sentido.

And this was discovered by two scientists in 2055,

E isso foi descoberto por dois cientistas em 2055,

Barry and Late,

Barry e Late.

who observed, in the dorsal prefrontal cortex,

Eles observaram, no córtex pré-frontal dorsal do cérebro

how in the brain of someone trying to understand an idea,

de alguém tentando entender algo,

como as diferentes populações de neurônios se reorganizavam.

how different populations of neurons would reorganize themselves --

you're looking at neural activity here in orange --

Veja a atividade neural em laranja.

until finally their activity aligns in a way that leads to positive feedback.

Finalmente, a atividade se ilumina, levando a um feedback positivo.

Right there.

Ali.

That is understanding.

É o processo de compreensão.

So finally, we were able to get at the things that make us human.

Finalmente, fomos capazes de chegar ao que nos faz humanos.

And that's what really opened the way to major insights from medicine.

E isso realmente abriu o caminho para grandes descobertas da medicina.

Because, starting in the 2060s,

Porque, a partir de 2060,

with the ability to record the neural activity

com a capacidade de gravar a atividade neural

in the brains of patients with these different mental diseases,

nos cérebros de pacientes com diferentes doenças neurológicas,

rather than defining the diseases on the basis of their symptoms,

em vez de definir as doenças com base em seus sintomas,

as we had at the beginning of the century,

como era no começo do século,

we started to define them

começamos a defini-las com base na patologia observada no nível neural.

on the basis of the actual pathology that we observed at the neural level.

So for example, in the case of ADHD,

Por exemplo, no caso do TDAH,

we discovered that there are dozens of different diseases,

descobrimos que existiam dezenas de diferentes doenças

all of which had been called ADHD at the start of the century,

que eram chamadas de TDAH no começo do século

that actually had nothing to do with each other,

e não tinham nada a ver uma com a outra,

except that they had similar symptoms.

a não ser sintomas semelhantes.

And they needed to be treated in different ways.

E precisavam ser tratadas de maneiras diferentes.

So it was kind of incredible, in retrospect,

Era quase inacreditável

that at the beginning of the century,

que, no início do século,

tratávamos todas essas doenças diferentes com a mesma droga,

we had been treating all those different diseases

with the same drug,

como se estivéssemos, basicamente, dando anfetamina às pessoas.

just by giving people amphetamine, basically is what we were doing.

O mesmo acontecia com a esquizofrenia e a depressão.

And schizophrenia and depression are the same way.

So rather than prescribing drugs to people essentially at random,

Então, em vez de prescrever medicamentos aleatoriamente,

as we had,

como fazíamos,

we learned how to predict which drugs would be most effective

aprendemos a prever quais drogas seriam mais eficazes em cada paciente.

in which patients,

and that just led to this huge improvement in outcomes.

Isso levou a uma enorme melhoria nos resultados.

OK, I want to bring you back now to the year 2017.

Agora, quero trazer vocês de volta para o ano de 2017.

Some of this may sound satirical or even far fetched.

Um pouco do que falei pode soar satírico ou muito artificial.

And some of it is.

Em partes, é.

I mean, I can't actually see into the future.

Não posso realmente prever o futuro.

I don't actually know

Realmente não sei

if we're going to be drilling hundreds or thousands of microscopic holes

se faremos milhares de perfurações microscópicas

in our heads in 30 years.

nas nossas cabeças em 30 anos.

But what I can tell you

O que posso dizer

is that we're not going to make any progress

é que não iremos progredir

towards understanding the human brain or human diseases

na compreensão do cérebro ou das doenças humanas

until we figure out how to get at the electrical activity of neurons

até descobrirmos como chegar à atividade elétrica dos neurônios

in healthy humans.

em humanos saudáveis.

And almost no one is working on figuring out how to do that today.

Quase ninguém está tentando descobrir como fazer isso atualmente.

That is the future of neuroscience.

Esse é o futuro da neurociência.

And I think it's time for neuroscientists to put down the mouse brain

Acho que é hora dos neurocientistas abandonarem o cérebro do rato

and to dedicate the thought and investment necessary

e dedicarem o pensamento e o investimento

to understand the human brain and human disease.

para entender o cérebro e as doenças dos humanos.

Thank you.

Obrigado.

(Applause)

(Aplausos)