Aprendizagem e memória no cérebro: como a ciência decifrou o código da sua mente

Um poderoso método científico de observação ajudou os cientistas a compreender o cérebro. Esse método é muito parecido com a jornada do vencedor do Prêmio Nobel Eric Kandel para fazer suas descobertas mais famosas.

Eric Kandel: O que o reducionismo permite que você faça é pegar um problema complexo e focar em um de seus componentes e tentar entendê-lo com alguns detalhes. E às vezes você pode fazer isso apenas focando em um componente, outras vezes requer a seleção de um sistema biológico específico se você estiver trabalhando em biologia, no qual esse componente é proeminente ou fácil de estudar. E isso permite que você estude profundamente o problema. Será difícil de fazer se você olhar para ele em todas as suas complexidades.

Para mim, a abordagem reducionista foi realmente muito lucrativa e não algo em que eu realmente tivesse pensado muito antes. Originalmente, fui para a faculdade de medicina com a ideia de me tornar psicanalista. Eu não tinha um fundo biológico forte. E então, no meu último ano na faculdade de medicina, havia um período eletivo de cinco meses em que você podia fazer o que quisesse e pensei que até um psicanalista deveria saber algo sobre o cérebro. E então eu fiz uma disciplina eletiva em ciência do cérebro. Havia muito poucas pessoas fazendo ciência do cérebro naquela época, mas Columbia tinha uma pessoa notável, Harry Grenfist. E eu trabalhei em seu laboratório e trabalhei com um de seus associados Don Perpera e tive uma experiência absolutamente espetacular.



Quer dizer, fazer ciência é muito diferente de ler sobre isso. Há um prazer sensual em fazer os experimentos; há a diversão de pensar nisso com uma nova descoberta. Eu apenas pensei que era maravilhoso. E Denise e eu tínhamos acabado de decidir nos casar e jantamos uma noite e me lembro de dizer a ela: 'Sabe, eu poderia fazer isso pelo resto da minha vida, mas é completamente irreal. Você não tem nenhum dinheiro e eu não tenho nenhum dinheiro, sabe, nós queremos ter filhos; Eu deveria ter realmente entrado em prática. ' E ela bateu na mesa e disse: 'O dinheiro não tem importância.' Devo dizer em voz baixa que nos 60 anos subsequentes ela não repetiu essas palavras com muita frequência, mas as disse naquela noite e isso causou um grande impacto em mim. Então decidi ir em frente com a ciência. E quando saí da faculdade de medicina, que ela estava em 1956, os médicos estavam sendo convocados no serviço por dois anos, mas se você se habilitasse para o Instituto Nacional de Saúde isso servia como alternativa ao recrutamento de plantão. Então ele me indicou, Grenfist, para o NIH, National Institute of Health, e eu fui selecionado. Na verdade, passei três anos lá, passei os três anos seguintes fazendo biologia cerebral. E me perguntei qual é o problema central da psicanálise e pensei no armazenamento da memória. Todos nós somos porque nos lembramos e a psicanálise foi projetada para permitir que você reviva experiências anteriores, memórias anteriores em um ambiente protegido.



Brenda Miller mostrou que o hipocampo no cérebro dos mamíferos é fundamental para o armazenamento da memória. E eu tinha aprendido no laboratório de Grenfist como colocar eletrodos em células individuais. Isso é algo que muitas pessoas podem fazer agora, mas quando ele me ensinou, relativamente poucas pessoas podiam fazer, o fato de que toda a população que fazia ciência do cérebro era muito pequena. Então, meu colega Olen Spence, a quem recrutei para se juntar a mim nisso e eu fomos as primeiras pessoas no mundo a gravar de células isoladas no hipocampo. Ficamos eufóricos. As pessoas ao nosso redor achavam que era fantástico. Duas pessoas incompetentes vindo para o NIH e o ambiente intelectual é tão extraordinário que os leva a um nível superior. Assim, estudamos essas células individuais para caracterizar suas propriedades e vimos depois de um tempo que não eram dramaticamente diferentes dos outros dois ou três grupos de células que foram descritos. Portanto, é claro que o aprendizado não reside apenas nas propriedades das células, deveria ter sido óbvio no início, mas em como o comportamento é modificado pelo aprendizado, como algo muda na rede neural.

E não tínhamos ideia de quais eram as informações do sensor que chegavam ao hipocampo. Tentamos várias coisas e nada funcionou. Acontece que o espaço é muito importante, é uma modalidade complexa. Então, percebi que era necessário adotar uma abordagem muito diferente, uma abordagem reducionista, em vez de ir para o exemplo mais complexo de memória humana, simplificar. Pablo Thorndike apenas estudou comportamentos reflexos simples e como eles foram modificados pelo aprendizado. Comecei então a procurar um animal que tivesse comportamentos reflexos simples e fosse adventício do ponto de vista do sistema nervoso e foi isso que me levou à Aplysia. É um animal que tem apenas 20.000 células nervosas em comparação com os cem milhões de células nervosas em seu cérebro, ele tem apenas 20.000. E cada um deles é gigantesco. A Aplysia possui as maiores células nervosas do reino animal. E você pode facilmente colocar um eletrodo em qualquer uma dessas células e ficar lá por 24 horas, se quiser.



E as células não são apenas grandes, mas também identificáveis ​​de maneira única, de modo que você pode retornar à mesma célula em todos os animais da espécie. Não só isso, mas acontece que um dos laboratórios mais interessantes, há apenas dois laboratórios trabalhando nisso, estava em Paris. Minha esposa é uma chauvinista parisiense, então fomos para Paris. A alternativa era Marselha, outra pessoa trabalhava Angelique trabalhava em Marselha. Denise disse: 'Ir para Marselha é provavelmente ir para Albany, devemos ir para Paris', então fomos para Paris. Tivemos um ótimo ano. E comecei a desenvolver um comportamento muito simples no animal, um reflexo de retração como a retirada de uma mão de um objeto quente e mostrei que poderia ser modificado por diferentes formas de aprendizagem. E em cada caso, o aprendizado envolveu uma mudança na força das conexões sinápticas. Então, as células nervosas se conectam entre si por meio de junções chamadas sinapses e descobri que essas sinapses não são fixas, mas são de plástico; eles são modificados pelo aprendizado. Certos tipos de aprendizagem causam um aumento na força, medo aprendido, condicionamento clássico. Alguns gostam de aprender a esquecer algo pela habituação leva a uma diminuição da força sináptica.

Mais tarde, descobri que há um nó de memória de curto prazo. Memória de longo prazo e - a memória de curto prazo é uma mudança nas conexões funcionais que duram de minutos a horas e a memória de longo prazo é na verdade uma mudança anatômica, um crescimento de novas conexões sinápticas. Então, realmente aprendi muito sobre isso. E então, por volta de 1980, comecei uma segunda frente de retorno ao hipocampo. Naquela época, a pessoa tinha um entendimento muito melhor. E descobriu-se que as regras eram praticamente as mesmas aqui, exceto que se tratava de um comportamento mais complexo.

O cérebro humano se tornou o principal objeto de estudo em campos que vão da psicologia ao aprendizado de máquina e inteligência artificial. O que sabemos sobre o cérebro se expandiu muito no último quarto de século, graças principalmente a um método específico de investigação científica: o reducionismo. Como explica o cientista vencedor do Prêmio Nobel Eric Kandel, esse processo de quebrar partes aparentemente inteiras em unidades menores dá uma noção real dos mecanismos subjacentes do cérebro.




A história pessoal de Kandel de como ele fez novas descobertas sobre o cérebro é paralela ao seu próprio método reducionista: decompondo as etapas pelas quais ele passou, podemos entender melhor como as descobertas científicas são feitas. Nesse caso, eles foram surpreendentemente aleatórios. Na verdade, Kandel não foi formado em neurociência. Ele estava interessado principalmente em psicanálise e, no último ano da escola, teve a oportunidade de estudar a biologia do cérebro no National Insitutes of Health.

Uma vez lá, ele buscou métodos específicos de quebrar regiões cerebrais individuais em partes componentes, observando como os neurônios individuais reagiam ao estímulo e como funcionavam para armazenar memórias no cérebro. Este método - reducionismo - revelou a Kandel a diferença entre memória de longo e curto prazo e a natureza plástica do próprio cérebro. O trabalho de sua vida é um exemplo das maneiras surpreendentes de como a descoberta científica pode acontecer e da criatividade envolvida em alcançar novos entendimentos do mundo - e de nós mesmos.

O livro mais recente de Eric Kandel é Reducionismo em Arte e Ciência do Cérebro .

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