27 de jul de 2013

O Código Binário dos Sentidos

Apesar de ser o cérebro que nos permite ter sensações, ele mesmo não é sensível: uma luz, um toque ou um som diretamente sobre o cérebro exposto não provocam sensação alguma. Se o cérebro "vê" um filme ou "ouve" uma canção, é porque algum outro órgão, este sim sensível, passa-lhe a mensagem.

Grandes descobertas nem sempre são propositais, e não foi pensando no cérebro ou nos sentidos que o fisiologista inglês Edgar Adrian $(1889-1977)$ fez os primeiros experimentos que o levaram a descobrir o código sensorial  nas primeiras décadas do século $20$. A questão na verdade começou com a contração muscular. Antes de receber Adrian em seu laboratório em Cambridge, na Inglaterra, o fisiologista inglês Keith Lucas $(1879-1916)$ tinha uma pergunta que não lhe saía da cabeça: como é possível um músculo contrair-se apenas parcialmente? Por que a contração não é sempre total? Lucas via duas possibilidades: ou todas as fibras do músculo se contraem parcialmente, ou apenas algumas se contraem, mas inteiramente. Sem muita tecnologia ao sei dispor, ele fez um experimento simples e criativo: mediu o encurtamento de umminúsculo pedaço, com poucas fibras, de um músculo intercostal de rã em resposta a uma pequena corrente elétrica progressivamente mais forte. O resultado foi uma "escadinha" e não uma contração gradual, indicando que cada fibra ou encurta totalmente, ou não encurta nada. E suas próprias palavras, a contração das fibras musculares é "tudo ou nada".

Edgar Adrian estabeleceu as características "tudo ou nada" do potencial de ação, abrindo caminho para a elucidação dos seus mecanismos iônicos. O primeiro registro intercelular do potencial de ação foi conseguido em 1939 por Andrew Hodgkin e Alan Huxley, utilizando o amplificador aperfeiçoado por Adrian. A escala na ordenada representa milivolts.
 Em $1911$, quando Adrian entrou para o laboratório de Lucas, a questão havia se transferido para o nervo: Lucas acreditava que o que provoca a contração total de apenas algumas fibras é um sinal nervoso também total sobre poucas fibras, e não um sinal progressivo para o músculo todo. Resolver a questão coube a Adrian. A ideia era simples: usar vapor de álcool para enfraquecer a transmissão do impulso em um ponto do nervo, mas sem bloqueá-la, e medir quanto álcool era necessário em um segundo ponto mais abaixo para, agora sim, bloquear o impulso. Se o impulso diminuísse após o primeiro ponto, seria necessário menos álcool no segundo ponto para bloqueá-lo. Se fosse do tipo "tudo ou nada", o impulso deveria atravessar intacto o primeiro ponto, e mais álcool seria necessário para bloqueá-lo no segundo ponto. Foi exatamente isto que Adrian observou.

Mas logo veio a Primeira Guerra Mundial, perturbando os planos para os experimentos seguintes. Adrian e Lucas deixaram o laboratório para ajudar o país. Adrian foi para Londres, formou-se em Medicina e deu assistência às vítimas da guerra. Lucas, infelizmente, morreu em um desastre aéreo. Adrian voltou a Cambridge em $1919$ e, ao perguntar onde deveria trabalhar agora que Lucas não estava mais lá, recebeu as chaves do laboratório do seu mestre.

A guerra tinha produzido avanços tecnológicos importantes como a válvula eletrônica a vácuo, que permitia a amplificação de sinais com um mínimo de distorção. Com essa válvula, o americano e também fisiologista Alexander Forbes construiu um amplificador que aumentava o sinal elétrico do potencial de ação de um inusitado fator de $50$ vezes. Adrian convidou-o para uma colaboração, e em $1921$ Forbes chegava a Cambridge trazendo peças para montar um amplificador no laboratório.

Adrian quis testar o amplificador da maneira mais simples e barata que conhecia: usando um nervo da coxa de uma rã. O objetivo agora era conseguir registrar impulsos não só no nervo como um todo, mas em um único neurônio. Tentou registrar nervos com poucas fibras, mas ainda era como registrar um cabo telegráfico passando várias mensagens ao mesmo tempo. Até que um dia, antes de encerrar o expediente, seu colaborador Yngve Zotterman decidiu usar uma técnica a la Lucas: ir cortando o músculo até restar somente um feixe de fibras com um só fuso ainda ligado ao nervo, mandando sinais por um axônio.

Zotterman e Adrian comprovaram naquele mesmo experimento a natureza tudo ou nada do sinal nervoso: os potenciais de ação de um axônio tinham todos o mesmo tamanho e trafegavam à mesma velocidade. E, estirando o músculo um pouco mais ou um pouco menos, revelou-se o código dos sentidos: mais potenciais do mesmo tamanho para estímulos mais fortes, menos potenciais para estímulos mais fracos. Era o código binário em sua versão neural: ou tem um potencial de ação, ou não tem nada.

Referências:

[1] Cem Bilhões de Neurônios? - Conceitos Fundamentais de Neurociência - Roberto Lent


Veja mais: 

Potencial de ação
Edgar Adrian
O Teorema de Hardy-Weinberg

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3 comentários:

  1. Artigo interessante, mesmo não sendo especificamente de matemática. De qualquer forma, é bom ver a evolução das ciências. Muito bom.

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  2. Quando li o texto achei muito interessante. Mesmo não sendo matemático, trata de ciência e é sempre bom aprender um pouco mais.

    Obrigado pela visita e comentário!

    ResponderExcluir

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