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

Tradutor: Margarida Ferreira Revisora: Mafalda Ferreira

I want to tell you guys something about neuroscience.

Vou contar-vos uma coisa sobre a neurociência.

I'm a physicist by training.

Sou médico de formação.

About three years ago, I left physics

Há cerca de três anos, abandonei a Física

to come and try to understand how the brain works.

para tentar compreender como funciona o cérebro.

And this is what I found.

Foi isto o que descobri.

Lots of people are working on depression.

Há muita gente a trabalhar na depressão.

And that's really good,

E isso é muito bom.

depression is something that we really want to understand.

A depressão é uma coisa que queremos perceber.

Here's how you do it:

É assim que se faz:

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

Agarramos num boião e enchemo-lo até meio com água.

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

Depois agarramos num rato e colocamos o rato no boião.

And the mouse swims around for a little while

O rato nada à roda durante um bocado

and then at some point, the mouse gets tired

e depois, a certa altura, fica cansado

and decides to stop swimming.

e decide deixar de nadar.

And when it stops swimming, that's depression.

Quando deixa de nadar, é isso a depressão.

OK?

[Hoje não me apetece nadar]

And I'm from theoretical physics,

Eu sou da Física teórica,

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

por isso estou habituado a fazer modelos matemáticos muito sofisticados

to precisely describe physical phenomena,

para descrever com precisão fenómenos físicos.

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

Por isso, quando vi que este é o modelo da depressão,

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

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

(Laughter)

(Risos)

But this is a kind of general problem in neuroscience.

Mas este é um tipo de problema geral na neurociência.

So for example, take emotion.

Por exemplo, pensem nas emoções.

Lots of people want to understand emotion.

Muita gente quer perceber as emoções.

But you can't study emotion in mice or monkeys

Mas não podemos estudar as emoções em ratos ou em macacos.

because you can't ask them

Não podemos perguntar-lhes

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

como eles se sentem ou o que é que sentiram.

So instead, people who want to understand emotion,

Por isso, as pessoas que querem perceber as emoções

typically end up studying what's called motivated behavior,

acabam por estudar o que se chama comportamento motivado,

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

que é o código para "o que faz o rato quando está desesperado por queijo?"

OK, I could go on and on.

Eu podia continuar.

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

Ou seja, a questão é que o NIH gasta cerca de 5500 milhões de dólares por ano

on neuroscience research.

na investigação em neurociência.

And yet there have been almost no significant improvements in outcomes

Mas não tem havido quase nenhuns progressos significativos nos resultados

for patients with brain diseases in the past 40 years.

para doentes com doenças cerebrais nos últimos 40 anos.

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

Penso que isso se deve, em grande parte, ao facto

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

de que os ratos podem ser bons como modelo para o cancro ou a diabetes,

but the mouse brain is just not sophisticated enough

mas o cérebro do rato não é suficientemente sofisticado

to reproduce human psychology or human brain disease.

para reproduzir a psicologia humana ou a doença cerebral humana.

OK?

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

Se os ratos modelos são tão maus, porque é que ainda os usamos?

Well, it basically boils down to this:

Basicamente, reduz-se a isto:

the brain is made up of neurons

o cérebro é formado por neurónios

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

que são estas celulazinhas que enviam sinais elétricos umas às outras.

If you want to understand how the brain works,

Se queremos perceber como funciona o cérebro,

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

temos que poder medir a atividade elétrica destes neurónios.

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

Mas, para isso, temos que chegar muito perto dos neurónios

with some kind of electrical recording device or a microscope.

com qualquer aparelho de registo elétrico ou com um microscópio.

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

Podemos fazer isso em ratos e podemos fazer isso em macacos,

because you can physically put things into their brain

porque podemos colocar coisas no cérebro deles

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

mas ainda não podemos fazer isso nas pessoas.

So instead, we've invented all these proxies.

Assim, inventámos estes substitutos.

So the most popular one is probably this,

O mais vulgar provavelmente é este,

functional MRI, fMRI,

a ressonância magnética, ou fMRI

which allows you to make these pretty pictures like this,

que nos permite fazer belas imagens como esta

that show which parts of your brain light up

que mostram as partes do cérebro que se iluminam

when you're engaged in different activities.

quando nos envolvemos em diferentes atividades.

But this is a proxy.

Mas isto é um substituto.

You're not actually measuring neural activity here.

Não estamos a medir a atividade dos neurónios.

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

Estamos, essencialmente, a medir o fluxo do sangue no cérebro,

like, blood flow in the brain.

Where there's more blood.

onde há mais sangue.

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

Ou melhor, é onde há mais oxigénio, mas já perceberam, não é?

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

Também podemos fazer outra coisa

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

- um eletroencefalograma - pomos estes elétrodos na cabeça.

And then you can measure your brain waves.

Assim, podemos medir as ondas cerebrais.

And here, you're actually measuring electrical activity.

Aqui, estamos a medir a atividade elétrica,

But you're not measuring the activity of neurons.

mas não estamos a medir a atividade dos neurónios.

You're measuring these electrical currents,

Estamos a medir estas correntes elétricas,

sloshing back and forth in your brain.

que percorrem o cérebro de um lado para o outro.

So the point is just that these technologies that we have

A questão é que estas tecnologias que temos

are really measuring the wrong thing.

estão a medir a coisa errada.

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

Porque, na maior parte das doenças que queremos perceber

like, Parkinson's is the classic example.

- o exemplo de Parkinson é clássico,

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

na doença de Parkinson há um tipo especial de neurónio bem fundo do cérebro

that is responsible for the disease,

que é responsável por esta doença -

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

e estas tecnologias não têm a resolução que é necessária

to get at that.

para lá chegar.

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

É por isso que ainda estamos agarrados aos animais.

Not that anyone wants to be studying depression

Não é porque as pessoas queiram estudar a depressão

by putting mice into jars, right?

metendo ratos dentro de boiões.

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

É só porque há este sentimento de que não é possível

observar a atividade dos neurónios em pessoas saudáveis.

to look at the activity of neurons in healthy humans.

So here's what I want to do.

Então, o que eu quero fazer

I want to take you into the future.

é levar-vos para o futuro

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

para visionar uma forma que eu julgo ser possível.

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

Mas, primeiro, quero dizer que não tenho todos os pormenores.

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

Portanto, vou fornecer-vos uma espécie de esboço.

But we're going to go the year 2100.

Mas vamos até ao ano 2100.

Now what does the year 2100 look like?

Como será o ano 2100?

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

Para começar, o clima é um pouco mais quente do que anteriormente.

(Laughter)

(Risos)

And that robotic vacuum cleaner that you know and love

Aquele aspirador robótico que conhecemos e adoramos

went through a few generations,

percorreu 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 foram as melhores.

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

Mas, no ano 2100, a maior parte das coisas surpreendentemente, são reconhecíveis.

It's just the brain is totally different.

Só o cérebro é totalmente diferente.

For example, in the year 2100,

Por exemplo, no ano 2100,

we understand the root causes of Alzheimer's.

conhecemos a causa da doença de Alzheimer.

So we can deliver targeted genetic therapies or drugs

Por isso, podemos ministrar terapias genéticas ou drogas dirigidas

to stop the degenerative process before it begins.

para impedir o processo degenerativo, antes de ele começar.

So how did we do it?

Como é que o fizemos?

Well, there were essentially three steps.

Houve, essencialmente, três passos.

The first step was that we had to figure out

O primeiro passo foi que tivemos que descobrir

some way to get electrical connections through the skull

uma forma de obter as ligações elétricas através do crânio,

so we could measure the electrical activity of neurons.

para podermos medir a atividade elétrica dos neurónios.

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

E não foi só isso, tinha que ser fácil e sem riscos.

Something that basically anyone would be OK with,

Qualquer coisa com que toda a gente se sentisse bem,

like getting a piercing.

como fazer um "piercing".

Because back in 2017,

Porque, em 2017,

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

a única forma que conhecíamos para atravessar o crânio

was to drill these holes the size of quarters.

era fazer uns furos do tamanho duma moeda.

Vocês nunca permitiriam que vos fizessem uma coisa dessas.

You would never let someone do that to you.

So in the 2020s,

Assim, na década de 2020,

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

as pessoas começaram a usar - em vez desses furos gigantescos -

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

furos microscópicos, do tamanho de um cabelo.

And the idea here was really for diagnosis --

A ideia era para o diagnóstico

there are lots of times in the diagnosis of brain disorders

- muitas vezes, no diagnóstico de doenças cerebrais,

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

gostaríamos de poder observar

a atividade dos neurónios por baixo do crânio

and being able to drill these microscopic holes

e poder fazer estes furos microscópicos.

would make that much easier for the patient.

Seria muito mais fácil para o doente.

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

Afinal, seria como apanhar uma injeção.

You just go in and you sit down

Entravam, sentavam-se,

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

uma coisa baixava sobre a cabeça,

and a momentary sting and then it's done,

uma picadela momentânea e estava feito.

and you can go back about your day.

Podiam ir-se embora, acabar o dia.

So we're eventually able to do it

Por fim, podíamos fazer isso,

using lasers to drill the holes.

usando lasers para fazer os furos.

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

Com os lasers, era rápido e extremamente fiável.

you couldn't even tell the holes were there,

Nem sequer damos conta de que os furos estão lá,

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

tal como não damos conta da falta de um cabelo.

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

Sei que isto pode parecer uma loucura, usar lasers para fazer furos no crânio,

but back in 2017,

mas em 2017,

people were OK with surgeons shooting lasers into their eyes

as pessoas aceitavam que os cirurgiões usassem lasers nos olhos

for corrective surgery

para uma cirurgia corretiva.

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

Portanto, quando já chegámos aqui esse passo não é assim tão grande.

OK?

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

O passo seguinte, que aconteceu na década de 2020,

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

foi que não chegava atravessar o crânio.

To measure the activity of neurons,

Para medir a atividade dos neurónios,

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

temos que atravessar o tecido do cérebro.

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

O risco, sempre que colocamos qualquer coisa no tecido cerebral,

is essentially that of stroke.

é, essencialmente, um ACV,

That you would hit a blood vessel and burst it,

se atingiremos um vaso sanguíneo e o rebentarmos,

and that causes a stroke.

e isso provoca um ACV.

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

Em meados da década de 2030, inventámos estas sondas flexíveis

that were capable of going around blood vessels,

capazes de contornar os vasos sanguíneos,

rather than through them.

em vez de os atravessar.

And thus, we could put huge batteries of these probes

Assim, podemos pôr enormes baterias destas sondas

into the brains of patients

no cérebro de doentes

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

e registar milhares de neurónios sem qualquer risco para eles.

And what we discovered, sort of to our surprise,

Descobrimos, para nossa surpresa,

is that the neurons that we could identify

que os neurónios que conseguíamos identificar,

were not responding to things like ideas or emotion,

não reagiam a coisas como ideias ou emoções,

which was what we had expected.

que era o que nós esperávamos.

They were mostly responding to things like Jennifer Aniston

Reagiam sobretudo a coisas como Jennifer Aniston

or Halle Berry

ou Halle Berry

or Justin Trudeau.

ou Justin Trudeau.

I mean --

(Laughter)

(Risos)

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

Em retrospetiva, não devíamos ter ficado surpreendidos.

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

Ou seja, em que é que os neurónios gastam mais tempo a pensar?

(Laughter)

(Risos)

But really, the point is that

Mas a questão é

this technology enabled us to begin studying neuroscience in individuals.

que esta tecnologia nos permitiu começar a estudar a neurociência nas pessoas.

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

Tal como na transição para a genética; a nível da célula,

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

começámos a estudar neurociência a nível da pessoa.

But we weren't quite there yet.

Mas ainda não tínhamos lá chegado.

Because these technologies

Porque estas tecnologias

were still restricted to medical applications,

ainda estavam restritas às aplicações médicas,

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

o que significava que estávamos a estudar cérebros doentes e não cérebros sãos.

Because no matter how safe your technology is,

Porque, por mais segura que seja a tecnologia,

you can't stick something into someone's brain

não podemos introduzir nada no cérebro duma pessoa

for research purposes.

para efeitos de investigação.

They have to want it.

É preciso que elas queiram.

And why would they want it?

E por que razão haviam de querer?

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

Porque, logo que houver uma ligação elétrica ao cérebro,

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

podemos usá-la para ligar o cérebro a um computador.

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

Estão a ver, o público em geral, a princípio, ficou muito cético.

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

Quem quer ligar o cérebro a computadores?

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

Imaginem só, poder enviar um "email" através de um pensamento.

(Laughter)

(Risos)

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

Imaginem só, poder tirar uma fotografia com os olhos.

(Laughter)

(Risos)

Imagine never forgetting anything anymore,

Imaginem nunca mais esquecer nada

because anything that you choose to remember

porque tudo aquilo de que se quiserem lembrar

will be stored permanently on a hard drive somewhere,

fica armazenado permanentemente algures num disco duro,

able to be recalled at will.

preparado para ser usado, quando quisermos.

(Laughter)

(Risos)

The line here between crazy and visionary

A linha entre o louco e o visionário

was never quite clear.

nunca ficou 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,

Por isso, quando a FDA decidiu desregulamentar

estes sistemas de perfuração a lazer, em 2043,

commercial demand just exploded.

a procura comercial disparou.

People started signing their emails,

As pessoas começaram a assinar os "emails":

"Please excuse any typos.

"Desculpem quaisquer gralhas. Enviado pelo meu cérebro".

Sent from my brain."

(Laughter)

(Risos)

Commercial systems popped up left and right,

Sistemas comerciais saltaram à esquerda e à direita

offering the latest and greatest in neural interfacing technology.

oferecendo as últimas e as melhores tecnologias de interface neuronal.

There were 100 electrodes.

Havia 100 elétrodos.

A thousand electrodes.

Mil elétrodos.

High bandwidth for only 99.99 a month.

Banda larga apenas por 99,99 por mês.

(Laughter)

(Risos)

Soon, everyone had them.

Em breve, toda a gente os tinha.

And that was the key.

Isso foi fundamental

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

porque, na década de 2050, um neurocientista podia ter

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

alguém a entrar no laboratório vindo do outro lado da rua

And you could have them engaged in some emotional task

e podia contratá-lo para qualquer tarefa emotiva

or social behavior or abstract reasoning,

ou comportamento social ou raciocínio abstrato,

things you could never study in mice.

coisas que nunca podíamos estudar nos ratos.

And you could record the activity of their neurons

Podia registar a atividade dos neurónios dele,

using the interfaces that they already had.

usando as interfaces que ele já tinha.

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

Também lhe podia perguntar o que é que ele estava a sentir.

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 nunca poderia ser feita nos animais, estava ali.

So perhaps the classic example of this

Talvez que o exemplo clássico para isto

was the discovery of the neural basis for insight.

seja a descoberta da base neuronal para a perceção.

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

Aquele momento "Aha!", o momento em que tudo se encaixa, aquele clique.

And this was discovered by two scientists in 2055,

Isso foi descoberto por dois cientistas, em 2055.

Barry and Late,

Barry e Late,

who observed, in the dorsal prefrontal cortex,

que observaram o córtex dorsal pré-frontal,

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

como, no cérebro duma pessoa que está a tentar perceber uma ideia,

how different populations of neurons would reorganize themselves --

como as diversas populações de neurónios se reorganizam

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

- estão a ver a atividade neuronal aqui, a laranja -

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

até que, por fim, a sua atividade se alinha

de forma a dar uma resposta positiva.

Right there.

Aqui mesmo.

That is understanding.

Isso é compreender.

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

Por fim, conseguimos chegar às coisas que nos tornam humanos.

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

Foi isso que abriu o caminho para importantes perceções da medicina.

Because, starting in the 2060s,

Porque, a partir da década de 2060,

with the ability to record the neural activity

com a capacidade de registar a atividade dos neurónios

in the brains of patients with these different mental diseases,

no cérebro dos doentes com diversas doenças mentais,

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

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

as we had at the beginning of the century,

como tínhamos feito no início do século,

we started to define them

começámos a defini-las

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

com base na patologia real que observávamos a nível dos neurónios.

So for example, in the case of ADHD,

Por exemplo, no caso do PHDA,

we discovered that there are dozens of different diseases,

descobrimos que há dezenas de doenças diferentes.

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

que, no início do século, eram conhecidas por PHDA

that actually had nothing to do with each other,

mas que não tinham nada a ver umas com as outras,

except that they had similar symptoms.

exceto que tinham sintomas semelhantes.

And they needed to be treated in different ways.

Precisavam de ser tratadas de modo diferente.

So it was kind of incredible, in retrospect,

Em retrospetiva, é uma coisa incrível

that at the beginning of the century,

que, no início do século, estivéssemos a tratar todas essas doenças diferentes

we had been treating all those different diseases

with the same drug,

com a mesma droga,

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

dando às pessoas anfetaminas, que era o que se fazia.

A esquizofrenia e a depressão são a mesma coisa.

And schizophrenia and depression are the same way.

So rather than prescribing drugs to people essentially at random,

Mais do que receitar drogas às pessoas, de forma aleatória,

as we had,

como fazíamos,

we learned how to predict which drugs would be most effective

aprendemos a prever quais as drogas mais eficazes

in which patients,

em que doentes,

and that just led to this huge improvement in outcomes.

e isso levou a uma melhoria enorme nos resultados.

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

Agora, vamos regressar ao ano 2017.

Some of this may sound satirical or even far fetched.

Estas coisas podem parecer satíricas ou rebuscadas.

And some of it is.

E algumas delas são.

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

Claro, não posso ver o futuro.

I don't actually know

Não sei, obviamente,

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

se vamos perfurar centenas ou milhares de furos microscópicos

in our heads in 30 years.

na cabeça daqui a 30 anos.

But what I can tell you

Mas o que quero dizer

is that we're not going to make any progress

é que não vamos fazer progressos

towards understanding the human brain or human diseases

para percebermos o cérebro humano ou as doenças humanas

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

enquanto não arranjarmos forma de obter a atividade elétrica dos neurónios

in healthy humans.

em pessoas saudáveis.

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

Quase ninguém está a trabalhar para imaginar como fazer isso hoje.

That is the future of neuroscience.

Isso é o futuro da neurociência.

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

Penso que chegou a altura

de os neurocientistas porem de lado o cérebro do rato

and to dedicate the thought and investment necessary

e dedicarem-se o pensamento e o investimento necessários

to understand the human brain and human disease.

para perceber o cérebro humano e as doenças humanas.

Thank you.

Obrigado.

(Applause)

(Aplausos)