Pesquisadores da Universidade da Califórnia, em Santa Cruz, demonstraram que pequenos aglomerados de tecido cerebral cultivado em laboratório podem ser treinados para resolver um problema de engenharia – equilibrar um pólo virtual – usando feedback elétrico cuidadosamente projetado. Esta experiência de prova de conceito mostra que o tecido neural numa placa pode aprender de forma adaptativa, o que poderia fornecer novos conhecimentos sobre doenças neurológicas e a capacidade de plasticidade do cérebro.
O experimento: ensinando organoides cerebrais a equilibrar um poste
O experimento utilizou organoides corticais, pequenas estruturas tridimensionais cultivadas a partir de células-tronco de camundongos que imitam certos aspectos do tecido cerebral. Esses organoides não são capazes de pensar ou ter consciência, mas podem enviar e receber sinais elétricos e suas conexões podem ser modificadas por meio de estimulação. A tarefa era controlar um “cartpole” – uma simulação em que um carrinho virtual se move para a esquerda ou para a direita para manter um poste articulado equilibrado verticalmente.
Este problema é notoriamente difícil para os sistemas de inteligência artificial porque requer ajustes constantes e precisos, e não apenas uma única resposta correta. Os organoides foram conectados ao ambiente virtual e sua atividade elétrica foi interpretada como comandos para movimentar o carrinho. A chave era o feedback adaptativo : quando o organoide funcionava mal, ele recebia uma breve explosão de estimulação elétrica. Um algoritmo ajustou quais neurônios receberam essa estimulação com base no fato de padrões semelhantes terem levado anteriormente a um melhor controle.
Por que isso é importante: entendendo a plasticidade cerebral e as doenças
Não se trata de criar biocomputadores funcionais. Em vez disso, trata-se de compreender como os neurônios se adaptam para resolver problemas. De acordo com Ash Robbins, investigador da UC Santa Cruz, “estamos a tentar compreender os fundamentos de como os neurónios podem ser sintonizados de forma adaptativa para resolver problemas. Se conseguirmos descobrir o que impulsiona isso numa antena, teremos novas formas de estudar como as doenças neurológicas podem afectar a capacidade de aprendizagem do cérebro”.
Os resultados foram significativos. Os organoides que receberam feedback adaptativo equilibraram o pólo em 46% dos ciclos, em comparação com 2,3% para aqueles que não receberam feedback e 4,4% para aqueles que receberam estimulação aleatória. Isto mostra que as conexões neuronais do tecido podem ser ajustadas através de feedback estruturado.
Os Limites e Considerações Éticas
O aprendizado do organoide dura pouco. Após apenas 45 minutos de inatividade, ele volta ao desempenho inicial. A investigação futura centrar-se-á na melhoria da sua memória, possivelmente aumentando a complexidade. David Haussler, bioinformático envolvido no estudo, enfatizou que o objetivo é avançar na pesquisa do cérebro e tratar doenças neurológicas, e não substituir controladores robóticos por tecidos cultivados em laboratório.
O uso de organoides cerebrais humanos levantaria sérias preocupações éticas, mas, por enquanto, esta pesquisa oferece uma janela única para os mecanismos fundamentais da plasticidade cerebral.
Este estudo demonstra que os circuitos neurais vivos podem ser sintonizados de forma adaptativa através de feedback estruturado, uma descoberta que poderá revolucionar a nossa compreensão de como o cérebro aprende e se adapta, e como as doenças neurológicas perturbam estes processos.
