- Foi confirmado que padrões estruturados de atividade elétrica já existem nos estágios iniciais do desenvolvimento cerebral humano, antes mesmo da experiência sensorial
- Pesquisadores da UC Santa Cruz observaram essa atividade neural inicial usando organoides cerebrais (brain organoids)
- As células mostraram uma estrutura que forma circuitos e interage de maneira autônoma, mesmo sem estímulos externos
- Esse padrão é composto por sequências de sinais baseadas no tempo semelhantes ao ‘modo padrão (default mode)’ do cérebro humano
- A descoberta abre novas possibilidades para diagnóstico e tratamento de transtornos do neurodesenvolvimento, além da avaliação do impacto de substâncias tóxicas
Atividade auto-organizada no cérebro inicial
- A equipe investigou quando e como o pensamento humano começa, observando a atividade elétrica cerebral antes da experiência sensorial
- O grupo da UC Santa Cruz usou organoides cerebrais 3D produzidos a partir de células-tronco humanas
- Esses organoides formam circuitos por conta própria e emitem sinais elétricos mesmo sem entrada sensorial externa
- O professor Tal Sharf explicou que “as células já interagem entre si e formam circuitos antes da experiência com o mundo externo”
- Ele comparou isso a um ‘sistema operacional (operating system) em estado primitivo’, estudando a estrutura do cérebro antes de ele ser moldado pela experiência sensorial
Métodos e tecnologias da pesquisa
- Os pesquisadores usaram um chip de arranjo de microeletrodos baseado em CMOS para medir a atividade elétrica de neurônios individuais dentro dos organoides
- O chip inclui milhares de microamplificadores, capturando com precisão os sinais de circuitos neurais já formados
- Os organoides são modelos de tecido 3D derivados de células-tronco embrionárias humanas, oferecendo vantagens éticas e técnicas para o estudo do desenvolvimento cerebral
- O grupo Braingeneers da UC Santa Cruz desenvolveu esse modelo em colaboração com a UC San Francisco e a UC Santa Barbara
- O laboratório de Sharf está desenvolvendo novas tecnologias de interface neural que combinam física, ciência dos materiais e engenharia elétrica
Geração de padrões e o modo padrão do cérebro
- A equipe observou que os organoides geram padrões espontâneos de sinais elétricos nos meses que antecedem o recebimento de entradas sensoriais
- Esses sinais já aparecem antes do estágio em que o cérebro passa a processar informações sensoriais complexas, como visão e audição
- O disparo dos neurônios não é aleatório, mas segue um padrão estruturado chamado ‘modo padrão (default mode)’
- Esse modo padrão fornece uma estrutura de possíveis faixas de resposta para que o cérebro possa futuramente processar estímulos sensoriais
- Os padrões iniciais observados nos organoides mostraram sequências temporais semelhantes às do modo padrão do cérebro humano real
- Isso sugere a existência de um projeto neural (blueprint) codificado geneticamente
Significado evolutivo e médico
- Os pesquisadores explicam que esse sistema auto-organizado pode formar a estrutura básica da percepção do mundo
- Isso sugere a possibilidade de que, ao longo da evolução, o sistema nervoso central tenha construído antecipadamente um mapa para explorar e interagir com o mundo
- Como os organoides reproduzem a estrutura básica do cérebro real, eles podem ser usados em pesquisas sobre transtornos do neurodesenvolvimento e análises do impacto de substâncias tóxicas
- Sharf afirmou que essas dinâmicas neurais complexas podem contribuir para a detecção precoce de sinais patológicos e para o desenvolvimento de tratamentos
- Há potencial para levar, no futuro, ao desenvolvimento de fármacos, edição genética e tecnologias de triagem em alta velocidade
Cooperação de pesquisa e instituições participantes
- Participaram deste estudo a UC Santa Barbara, Washington University in St. Louis, Johns Hopkins University, University Medical Center Hamburg-Eppendorf e ETH Zurich
- Os pesquisadores estão explorando com precisão, por meio do modelo de organoide, os estágios iniciais do desenvolvimento do cérebro humano e os mecanismos de formação de circuitos neurais
1 comentários
Opiniões do Hacker News
Alguns animais já nascem prontos para se mover imediatamente
Esses animais são chamados de precociais e já sabem andar assim que nascem
Por exemplo, um potro consegue se levantar em até uma hora após nascer e, depois de um dia, já pode correr com o grupo
Mas a forma de se deitar não vem programada por instinto, então no começo eles se jogam no chão de um jeito desajeitado
Cavalos e roedores como castores são desse tipo, mas macacos não. Isso não parece ter grande relação com a linhagem evolutiva
Eles descendem do St Johns Water Dog e têm características adaptadas à água (cauda de lontra, pelagem oleosa, patas palmadas)
Algumas linhagens já nascem sabendo nadar, mas não percebem que sabem nadar
Então hesitam na beira da água, mas se caem por acaso logo começam a nadar e parecem gostar
Mas isso não vale para todos os Labs; especialmente os Labs de caça precisam de treinamento de adaptação à água, então a orientação de um especialista é importante
Um cavalo com 3 dias já anda, e um tigre com 3 anos já pode até ser mãe
Mas o ser humano, por volta dos 6 anos, mostra capacidades mentais que nenhum outro animal possui
Eles não conseguem realmente andar por falta de força nas pernas, mas, se forem erguidos, fazem o movimento
Esse instinto desaparece por volta dos 3 meses e é ‘reaprendido’ perto de 1 ano
Em um planeta com gravidade muito menor, talvez humanos também pudessem andar logo ao nascer
Então essa ideia de nascer pronto talvez seja, na prática, menos uma ‘prontidão funcional’ e mais uma diferença no momento em que a aprendizagem começa
Bebês humanos também têm reflexo de natação ao nascer, então a distinção entre precocial e não precocial talvez seja nebulosa
Até os filhotes, poucos dias após nascer, já sabiam escorregar para dentro das fendas do muro para fugir de predadores
Ver todos fazendo o mesmo, independentemente da idade, mostra claramente um padrão comportamental instintivo
Os músculos involuntários e os nervos do corpo humano já vêm ‘pré-configurados’
O coração bate sem precisar aprender, e a maior parte das funções fisiológicas opera assim
O artigo relacionado saiu na Nature Neuroscience 2025:
“Preconfigured neuronal firing sequences in human brain organoids”
O título da matéria é enganoso
Na verdade, o estudo diz que os padrões de disparo das células do organoide se parecem com a rede de modo padrão do cérebro
Isso não é evidência de ‘firmware’ nem de ‘instruções prévias’, mas de que neurônios, ao interagirem, formam padrões naturais
Ou seja, o trabalho sugere que organoides podem servir como modelo para pesquisa cerebral, mas a aplicabilidade real ainda é incerta
Este estudo parece reforçar a teoria de que “percepção é uma alucinação controlada”
A entrada sensorial serve apenas para corrigir o processamento preditivo moldado pela evolução
O DNA humano contém cerca de 1,5 GB de informação e, com isso, constrói o cérebro e o corpo inteiro
É difícil acreditar que uma quantidade tão pequena de informação produza redes neurais e comportamentos complexos
Há algo de misterioso que não se explica só pelo tamanho em bits
O DNA funciona como um grande conjunto de condicionais, gerando programas e interagindo por conta própria
Humanos têm dificuldade intuitiva para entender esse tipo de programa auto-organizado
se espalham em ondas entre as células e formam um ritmo auto-sustentado
Ou seja, isso funciona por uma propriedade auto-organizada, sem precisar de um ‘software’ complexo
mas gerem resultados complexos com apenas algumas regras e uma seed
O universo também pode ser um fenômeno emergente nascido de regras simples
Estímulos externos como criação, linguagem e interação social são indispensáveis
Se um ser humano crescer isolado, o DNA sozinho não forma um pensamento verdadeiramente humano
há exemplos de música e gráficos complexos criados com pouquíssimo código
Como neste demo de 64KB ou na galeria 64k-scene
O desenvolvimento humano também pode ser resultado dessas regras gerativas comprimidas
É interessante o experimento mental sobre como seria uma sociedade formada em uma ilha só com recém-nascidos
Claro, bebês humanos não sobreviveriam sem adultos, mas pintinhos sobreviveriam
Pintinhos exibem padrões comportamentais completos logo ao nascer
Isso faz imaginar como seria um ‘hard reboot’ da humanidade
(Brincando, mas talvez a resposta viesse se mandássemos bebês para Marte e transmitíssemos o experimento ecológico)
Dizem que uma criança criada com galinhas agia e vocalizava como elas.
É um caso que mostra o peso da influência do ambiente na formação do comportamento humano
Geoffrey Hinton, em uma conversa com Jon Stewart,
fez uma comparação marcante dos neurônios como entidades que detectam padrões e ‘dão um ping’
Parece que os neurônios se comunicam entre si como se dissessem “eu recebi esse sinal” e dividissem funções
Essa estrutura prévia de comunicação pode existir até antes da entrada sensorial
Como o artigo fala não de um simples ‘ping’, mas de padrões complexos de disparo baseados no tempo, isso parece ainda mais convincente
Esse conceito já vem sendo demonstrado há muito tempo pelo teorema no-free-lunch
Para aprender, é necessário algum conhecimento prévio útil (prior) sobre o mundo
O cérebro implementa biologicamente essa premissa
Em outras palavras, humanos já nascem ‘pré-configurados’ com uma estrutura capaz de aprender
Mas ainda se estuda quais pressupostos o cérebro humano embute,
e ainda estamos longe de aplicar isso à IA
Houve quem dissesse: “Kant já tinha falado disso”
Kant on Reason – Stanford Encyclopedia of Philosophy
é seguro responderem: “não está em Platão?”
Innateness in Philosophy – Plato to Aristotle
Os limites de um experimento são definidos pelos próprios pressupostos dele
Como o cérebro é um objeto empírico, a intuição pura e as categorias são estruturas a priori anteriores à experiência
Portanto, não se pode tirar uma conclusão definitiva observando o cérebro,
apenas discutir as condições de conhecimento anteriores à experiência