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Como ser criativo na ciência?

FERNANDO TADEU MORAES
DE SÃO PAULO

A neurocientista Suzana Herculano-Houzel, 40, dedicou-se nos últimos anos a entender como o cérebro humano se tornou o que é. Seu trabalho a levou a ser a primeira brasileira convidada a falar no TED Global, famoso evento anual de conferências de curta duração que reúne convidados de várias áreas do conhecimento.

Herculano apresentará em sua fala de 15 minutos, nesta quarta, os resultados de suas pesquisas sobre como o cérebro humano chegou ao número incrivelmente alto de 86 bilhões de neurônios: o consumo de alimentos cozidos. “Entre os primatas, temos o maior cérebro sem sermos os maiores. Grandes primatas, com a sua dieta de comida crua, não possuem energia suficiente para sustentar um corpo enorme e um cérebro grande.”

Na entrevista, concedida por telefone, a professora do Instituto de Ciências Biomédicas da UFRJ (Universidade Federal do Rio de Janeiro) dispara críticas à cultura brasileira de pesquisa científica, “que não incentiva a originalidade e a diversidade de pensamento”, à pós graduação nacional, “muito fraca”, e ao programa de bolsas Ciência Sem Fronteiras, “do jeito que está, parece demagogia” e defende a profissionalização da carreira de cientista.

Luciana Whitaker/Folhapress
A neurocientista Suzana Herculano-Houzel, que irá falar no TED Global, em seu laboratório na UFRJ
A neurocientista Suzana Herculano-Houzel, que irá falar no TED Global, em seu laboratório na UFRJ

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Número de neurônios no cérebro é cinco vezes maior que o número de árvores na Amazônia

Fiz a seguinte conta:  peguei a estimativa de 86 bilhões de neurônios no cérebro e comparei com o número de árvores sugerido pela reportagem abaixo (ou seja, 85/15*2,6 bilhões).  Deu que o cérebro corresponde a cerca de seis Amazônias (em termos de árvores).

Acho que essa é uma comparação importante para quem quer entender, modelar ou reproduzir um cérebro.  Você aceitaria tal tarefa sabendo que é mais difícil do que modelar a Amazônia???

PS: Sim, eu venho acalentando faz tempo que a melhor metáfora para um cérebro é uma floresta, não um computador. Acho que se aplicarmos ideias de computação paralela por meio de agentes, acabaremos encontrando que florestas computam (por exemplo, a sincronização das árvores de ipês, que hora emitir os aerosóis que nucleiam gotas de chuva e fazem chover sobre a floresta etc.). OK, é uma computação em câmara lenta (e é por isso que a não enxergamos).

PS2: Norberto Cairasco anda também encafifado sobre as semelhanças entre dendritos de neurônios e de árvores. Acha que pode haver alguma convergência evolucionária para certas funções, embora em escalas diferentes.

Aproximadamente 2,6 bilhões de árvores foram derrubadas na Amazônia Legal até 2002

 

01/06/2011 – 11h09

Repórter da Agência Brasil

Rio de Janeiro – Cerca de 15% do total da vegetação original da Amazônia Legal foram desmatados, o que equivale à retirada de aproximadamente 2,6 bilhões de árvores e ao desmate de uma área de 600 mil quilômetros quadrados até 2002. Esse cenário corresponde à destruição de 4,7 bilhões de metros cúbicos de madeira de uma área que, originalmente, representava 4 milhões de quilômetros quadrados cobertos por florestas. Read more [+]

Modelagem realista em neurociência computacional: cadê as glias?


Suponha que existam dois modelos: um modelo detalhado, biofisicamente realista, de uma rede neural sem glias, e uma modelo simplificado, onde os neuronios são representados por elementos excitáveis, porém onde os Astrócitos e Oligodendrócitos também sejam representados por elementos dinâmicos simples.  Qual dos dois modelos é mais realista biologicamente?

Depression and Glia

Posted on 07/19/2010 by scicurious

Sadly, Sci’s home laptop died another little death last night. While Le Petit Mort might indeed feel great to my laptop, the sudden loss of function was pretty rough on Sci. While Mr. S attempts to work his super magic on the issue, Sci’s post for today comes to you via Ruby, Sci’s intrepid little netbook. Everyone wave hello to Ruby, and hope she can keep herself together long enough to get this thing written.

What this also means is that Sci will be unable to provide any interesting pictures until she is capable of getting to her other computer in the AM. She will do her best to paint a picture of this for you in your mind.

First…allow Sci into your mind.

MY GOD YOU HAVE A DIRTY MIND!!!!

*takes shower*

Ok, let’s just try and paint a picture instead.

ResearchBlogging.org

Banasr and Duman. “Glial loss in the prefrontal cortex is sufficient to induce depressive-like behaviors” Biological Psychiatry, 2008.

Now picture a rat. One very sad, depressed little rat. Now look at it’s brain. What do you think you see?

Do you see glial loss? Well yes, perhaps…you do.

For some time now, scientists who study depression have noticed that there is cell loss in the brains of depressed patients. Of course, what scientists see in humans is a reduction in brain volume in patients with depression, but does that mean that neurons are being lost? Neuronal connections? And what about those little cells on the side? What about the GLIA?!

Glia have been something of a black box to scientists until recently. At first, we thought they were just support cells, helping with reuptake and metabolism, forming myelin sheaths to allow for quick transmission of information, and giving neurons the supportive environment that they needed to thrive.

But is that really ALL they do? After all, glia outnumber neurons 3 to 2! (Oh hey, look I rhymed!) And it turns out that glia may have important roles in helping to control neurotransmission, though as of right now, scientists aren’t at all sure how they do it.

Now, scientists DO know that both glia and neuronal density is lower in patients with depression. The question is, are the decreases in glia themselves important? Or are they only important in the context of the neurons they support?

So in an effort to get at this question (Sci will go on to whether they really GOT at this question in the end), the scientists took a bunch of rats. They then did three different things to them:

1) They had the rats undergo a chronic, unpredictable stress. These are 10 different mild stressors that are given several times a day for a while. You’d be surprised what stresses out a rat, it includes things like tipping the cage one way or the other, raising or lowering the temperature, turning the lights on and off, strobe lights, taking the food away for a few hours, stuff like that.

2) They used the toxin L-Alpha-Aminoadipic Acid (L-AAA) to selectively get rid of astrocytes, a specific kind of glial cell, in the prefrontal cortex. This would selectively block the function of astrocytes for a few days.

3) They used another toxin, Ibotenic acid, which hits only NEURONS, as opposed to one that hits glia. This would divide out the effects of the neurons in depression vs the ones in the glia.

And here’s what they came up with:

1) They found that the chronically stressed rats had LESS GLIA than unstressed rats. This meant that the stress itself reduced the glia. These rats also displayed behaviors that scientists look at to characterize depression. They drank less sucrose and took longer to approach a tasty bit of food. They even didn’t swim as much in the forced swim test. The depressive like behaviors correlated with a decrease in glia.

2) They found that getting rid of astrocytes using L-AAA gave the same behavioral effects as the chronic stress procedure. The rats drank less sucrose and swam less, showing depressive like behaviors. These rats weren’t stressed, they were just missing glia.

3) This was a test where they infused a neurotoxin to just delete neurons rather than glia. This time, they DIDN’T get any depressive behaviors, which suggests that the depressive behaviors seen above were entirely the result of the deletion of the astrocytes, NOT a deletion of the neurons!

So what does this all mean? Well, it could mean that the important loss in depression is loss of the glia, not loss of the neurons. The neurons ARE lost, but that could be because of loss of the glia, which means loss of a neuronal support network.

Sci thinks this paper is a nifty little bit of research. It’d be interesting to see if all models of depression cause a loss of glia, and it’d ALSO be interesting to see if antidepressants INCREASE levels of glia. We know that antidepressants increase levels of neurons, but do they also increase levels of glia? Would increasing glia be more effective than neurons?

I think more work is needed. Sigh…every time you think you’re getting a handle on the brain, it just gets more complicated. First neurons, then neurotransmission, now GLIA?!

BANASR, M., & DUMAN, R. (2008). Glial Loss in the Prefrontal Cortex Is Sufficient to Induce Depressive-like Behaviors Biological Psychiatry, 64 (10), 863-870 DOI:10.1016/j.biopsych.2008.06.008

Leis de escala e criticalidade em ciências cognitivas

doi:10.1016/j.tics.2010.02.005 | How to Cite or Link Using DOI
Copyright © 2010 Elsevier Ltd All rights reserved.
Permissions & Reprints
Review

Scaling laws in cognitive sciences
Christopher T. Kello1, , Gordon D.A. Brown2, Ramon Ferrer-i-Cancho3, John G. Holden4, Klaus Linkenkaer-Hansen5, Theo Rhodes1 and Guy C. Van Orden4
1 Cognitive and Information Sciences University of California , Merced, 5200 North Lake Rd., Merced, CA 95343, USA
2 Department of Psychology, University of Warwick, Coventry CV4 7AL, United Kingdom
3 Department de Llenguatges i Sistemes Informatics, Universitat Politecnica de Catalunya, Campus Nord, Edifici Omega, Jordi Girona Salgado 1-3, 08034 Barcelona, Catalonia, Spain
4 Center for Perception, Action and Cognition, Department of Psychology, University of Cincinnati, PO Box 210376, Cincinnati, OH 45221-0376, USA
5 Department of Integrative Neurophysiology, VU University Amsterdam, De Boelelaan 1085, 1081 HV Amsterdam, the Netherlands
Available online 1 April 2010. 
Scaling laws are ubiquitous in nature, and they pervade neural, behavioral and linguistic activities. A scaling law suggests the existence of processes or patterns that are repeated across scales of analysis. Although the variables that express a scaling law can vary from one type of activity to the next, the recurrence of scaling laws across so many different systems has prompted a search for unifying principles. In biological systems, scaling laws can reflect adaptive processes of various types and are often linked to complex systems poised near critical points. The same is true for perception, memory, language and other cognitive phenomena. Findings of scaling laws in cognitive science are indicative of scaling invariance in cognitive mechanisms and multiplicative interactions among interdependent components of cognition.
Article Outline
The scaling law debate
Scaling laws in perception, action and memory
Scaling laws in reaction times and word frequencies
Scaling laws and criticality
Concluding remarks
Acknowledgements
References
Droga, essa idéia era minha…: 
Another type of scaling law in memory comes from a classic free recall paradigm, yet was only recently discovered by drawing an analogy to studies of animal foraging behaviors [24]. Birds, monkeys, fish and numerous other species have been reported to search for food in Lévy flight patterns [25], which have been hypothesized as effective search strategies because they cover more territory than, for example, a random walk with normally distributed steps [26]. Searching for items or events in memory is like foraging, particularly in tasks such as free recall of members of a given semantic category (e.g. animals) in a given time period [27]. Rhodes and Turvey [24] analyzed inter-response time intervals (IRIs) from this classic memory task, which are analogous to steps from one recalled item to the next. The authors found IRIs to be power-law distributed with exponents very similar to those found in animal foraging (Figure 2). These comparable results suggest that Lévy flights are generally adaptive across a variety of search ecologies. These results also illustrate how scaling laws can lurk unnoticed in data for decades, in the absence of theories and analytic techniques necessary to recognize them.
Complex Times for Earthquakes, Stocks, and the Brain’s Activity
Christoph Kayser1, , and Bard Ermentrout2, , 
1 Max Planck Institute for Biological Cybernetics, Spemannstrasse 38, 72076 Tübingen, Germany
2 Department of Mathematics, University of Pittsburgh, Pittsburgh, PA 15260, USA
Available online 12 May 2010. 
Refers to: The Temporal Structures and Functional Significance of Scale-free Brain Activity
Neuron, Volume 66, Issue 3, 13 May 2010, Pages 353-369, 
Biyu J. He, John M. Zempel, Abraham Z. Snyder, Marcus E. Raichle
PDF (3392 K) | Supplementary Content
A new study by He et al. in this issue of Neuron shows that large-scale arrhythmic (1/f) brain activity contains nested temporal structure in the form of crossfrequency coupling. This suggests temporal organization in neural mass activity beyond oscillations and draws attention to ubiquitous but often ignored arrhythmic patterns in neural activity.
What do earthquakes, Dow-Jones, and brain activity have in common? Unpredictability first springs to mind, of course, but as researchers have long noticed, these and many other complex processes might actually share common patterns pertaining to long-range spatio-temporal correlations of the underlying quantities ([Kello et al., 2010] and [Jensen, 1998]). In addition, and as an intriguing study in this issue of Neuronillustrates (He et al., 2010), they might also share another level of temporal organization, whereby the phase of slower timescales predicts the amplitude of faster ones. This nesting of timescales might open a window onto the complex structure of neural activity, but also raises questions with regard to its universality.
In their new study, He et al. recorded electrocorticographic (ECoG) activity across several brain areas in human patients. To investigate the signal’s temporal structure, they calculated the frequency spectrum, i.e., the distribution of amplitudes of individual frequency bands as a function of frequency. In concordance with previous studies, they described the frequency spectra using the power-law 1/fa, with the scaling factor adiffering between low (<1>1 Hz) frequency bands. When shown on logarithmic axes, such power-law scaling translates into a straight line with slope a, as illustrated in Figure 1A.
It is important to note the distinction between the spectral 1/fa shape and rhythmic oscillatory activity. Oscillatory activities with well-defined frequencies (e.g., theta, alpha, or gamma oscillations) are prevalent in neural networks and result in distinct peaks above the 1/fa background (Buzsaki, 2006) (cf. Figure 1A). Typically, such oscillations result from processes with well-defined intrinsic timescales and can be associated with defined networks such as thalamocortical or hippocampal loops. In contrast to this, activity characterized by a (straight) 1/fa spectrum is considered “arrhythmic,” as it does not reflect processes with identifiable timescales. Systems that generate perfect power-law spectra are also known as “scale-free,” since the underlying process or network possesses no distinguished scale ([Bak et al., 1987] and [Jensen, 1998]). Importantly, while oscillations have attracted wide interest and are matter of various speculations with regard to their meaning and function, the arrhythmic component of electric brain activity is often considered self-evident or uninteresting and hence ignored.
The stunning finding of He et al. is that even such supposedly arrhythmic brain activity has a complex temporal structure in the form of crossfrequency phase-amplitude coupling. Crossfrequency implies that the coupling involves two distinct frequency bands, and phase-amplitude implies that the amplitude of one band is dependent on the phase of the other. In particular, He et al. extracted band-limited components from their wide-band signals and found that the amplitude of the faster component depends on the phase of the slower one, as illustrated in Figure 1B. For their analysis they considered a range of frequency pairs and used statistical bootstrapping methods to validate the significance of phase dependency. Overall, they found that more than 70% of the electrodes contained frequency pairs with significant frequency coupling. Importantly, and to prove the importance of this phenomenon, they demonstrated the existence of crossfrequency coupling not only in resting state activity, but also during task performance and slow-wave sleep.

Mais uma evidência conectando inteligencia e autismo

Socioeconomic gradients in autism cases may not be self-selected

JULY 13, 2010
by EcoPhysioMichelle

Throughout my life, I’ve often been told (usually by way of consolation) that autistic children are born to intelligent families. One of my two younger brothers has severe autism. I was very young when he was diagnosed, and for a while he was treated as though he had a speech and language disorder. If I had to guess, I would say that he was diagnosed around the age of 5-6. The earliest warning sign was that he didn’t start talking at the stage in development where that usually happens. While my brother is still fond of social interaction, his main symptom to this day (he’s now 23) remains an inability to carry a conversation. He uses language in a very crude manner, only stringing together 2-3 words at a time. “Go potty.” “All done.” “Hungry.” I have lots offeelings on this subject (believe me), but that’s not the point of this post.

ResearchBlogging.org

The dogma that autism is a disease of high(er) intelligence and socioeconomic status has been around since the first diagnoses for autism came out when my grandparents were kids. This is in opposition to the norm, where the prevalence of developmental disabilities is most often inversely related to socioeconomic status because parents in poor communities have fewer resources for parenting education and health services. In recent years, the argument that the higher prevalence of autism cases in families of higher socioeconomic status is self-selected; that is, parents with more access to resources and information about autism are more likely to seek out proper diagnosis and treatment for their child(ren).

In Socioeconomic Inequality in the Prevalence of Autism Spectrum Disorder: Evidence from a U.S. Cross-Sectional Study, Durken and colleagues studied datasets for several states from the Autism and Developmental Disabilities Monitoring Network to see if there was a change in the prevalence of autism rates due to socioeconomic gradient between cases where the child had a prior diagnosis for an autism spectrum disorder and cases where there was no prior diagnosis.

We designed the present study to examine—among a large, diverse, population-based sample of 8-year-old children in the United States in which ASD case status was determined regardless of whether a child had a pre-existing ASD diagnosis—whether the prevalence of ASD is associated with SES and, if so, whether the association is consistent across subgroups defined by race/ethnicity, gender, phenotypic characteristics, diagnosis, and data sources.

The authors found strong evidence of a positively-correlated socioeconomic gradient in children with autism spectrum disorders. This gradient was weaker but remained a positive relationship in children without a prior diagnosis. This means that even in cases where the parents did not seek diagnosis for their child, there was still an increase in autism cases with increasing socioeconomic status, albeit a weaker one. This is evidence that, while the magnitude of the gradient may be self-selected, there is very likely still a positive relationship between socioeconomic status and prevalence of autism. The causes for this relationship remain to be explored, but one possibility could be the average reproductive age of highly educated females vs. less educated females and other hidden factors.


Durkin, M., Maenner, M., Meaney, F., Levy, S., DiGuiseppi, C., Nicholas, J., Kirby, R., Pinto-Martin, J., & Schieve, L. (2010). Socioeconomic Inequality in the Prevalence of Autism Spectrum Disorder: Evidence from a U.S. Cross-Sectional Study PLoS ONE, 5 (7) DOI:10.1371/journal.pone.0011551

 

Eu ainda vou publicar esse paper….

Fiz um update no artigo, mas precisa revisar e atualizar a bibliografia:

Dreams, endocannabinoids and itinerant dynamics in neural networks: re elaborating Crick-Mitchison unlearning hypothesis

(Submitted on 30 Aug 2002 (v1), last revised 12 Jul 2010 (this version, v3))

In this work we reevaluate and elaborate Crick-Mitchison’s proposal that REM-sleep corresponds to a self-organized process for unlearning attractors in neural networks. This reformulation is made at the face of recent findings concerning the intense activation of the amygdalar complex during REM-sleep, the role of endocannabinoids in synaptic weakening and neural network models with itinerant associative dynamics. We distinguish between a neurological REM-sleep function and a related evolutionary/behavioral dreaming function. At the neurological level, we propose that REM-sleep regulates excessive plasticity and weakens over stable brain activation patterns, specially in the amygdala, hippocampus and motor systems. At the behavioral level, we propose that dream narrative evolved as exploratory behavior made in a virtual environment promoting “emotional (un)learning”, that is, habituation of emotional responses, anxiety and fear. We make several experimental predictions at variance with those of Memory Consolidation Hipothesis. We also predict that the “replay” of cells ensembles is done at an increasing faster pace along REM-sleep.

Comments: 18 pages, 2 figures, Revised version (2010)
Subjects: Disordered Systems and Neural Networks (cond-mat.dis-nn); Chaotic Dynamics (nlin.CD); Popular Physics (physics.pop-ph); Quantitative Biology (q-bio); Neurons and Cognition (q-bio.NC)
Cite as: arXiv:cond-mat/0208590v3 [cond-mat.dis-nn]

Gene define preferência sexual de fêmeas de camundongo

DA NEW SCIENTIST

Cientistas descobriram um gene que aparentemente dita as preferências sexuais de fêmeas de camundongo. Se o gene for deletado, o fêmea resultante rejeita as investidas dos machos e, em vez disso, busca se relacionar com outras fêmeas

Embora seja impossível dizer se a descoberta possui relevância para a sexualidade humana, ela fornece uma pista de como a sexualidade se desenvolve em mamíferos.

Chankyu Park e companhia no Instituto de Ciência e Tecnologia Avançados da Coreia, em Daejon, Coreia do Sul, retiraram o gene FucM de embriões de camundongos para averiguar seus efeitos no comportamento.

Fêmeas sem o gene evitaram as tentativas de acasalamento dos macho, pararam de cheirar a urina de machos e tentaram se acasalar com outras fêmeas. A habilidade reprodutiva, no entanto, não foi afetada.

O gene deletado codifica uma enzima chamada fucose mutarotase, que adiciona o açúcar fucose a proteínas. Park acredita que a desativação do gene expõe a uma dose extra de estrogênio partes do cérebro em desenvolvimento ligados a preferência sexual na vida adulta. O hormônio acaba masculinizando o cérebro de camundongos -embora o mesmo não ocorra em humanos.

Em um feto normal de camundongo fêmea, esse estrogênio adicional seria removido por uma substância chamada alfa-fetoproteína (AFP). Mas a AFP só funciona direito quando adornada com fucose. Sem o gene que produz a enzima, a AFP não recebe fucose e, assim, não pode conter o excesso de estrogênio. Consequentemente, o cérebro da fêmea se desenvolve como se fosse o de um macho.

De fato, a equipe encontrou concentrações menores que as normais de AFP adornados com fucose em embriões de fêmeas sem o gene.

Os resultados são consistentes com os dados de Julie Bakker, da Universidade de Liège, na Bélgica, que descobriu em 2006 que fêmeas tornaram-se masculinizadas quando o gene para AFP havia sido deletado.

Park e seu grupo esperam usar estudos de triagem de genes para descobrir se fucose mutarotase possui algumas associação com orientação sexual em humanos.

Simon LeVay, que pesquisa as origens da sexualidade, disse que o estudo coreano não é diretamente relevante para a sexualidade humana. Segundo LeVay, é a testosterona, não o estrogênio, que masculiniza o cérebro humano. Além disse, diz ele, AFP não previne que estrogênio penetre no cérebro, como faz em camundongos.

“Apesar disso, é provavelmente apenas uma questão de tempo até que biólogos moleculares identifiquem genes que influenciam a orientação sexual em humanos.”

O estudo foi publicado no periódico “BMC Genetics”.

Miguel Nicolelis: “Sinto-me decepcionado”

Miguel Nicolelis: “Sinto-me decepcionado”

Publicação: 11 de Julho de 2010 às 00:00
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O cientista brasileiro, Miguel Nicolelis, de 49 anos, é considerado um dos maiores pesquisadores do planeta na área de neurociências e, por diversas vezes, lembrado para o Prêmio Nobel. Ele lidera pesquisas que podem, por exemplo, representar avanços históricos no tratamento do Mal de Parkinson e implantou em Natal um Instituto Internacional de Neurociências (IINN), que já captou investimentos superiores a R$ 100 milhões e que pretende ser a semente da futura “Cidade do Cérebro”, uma estrutura científica, cultural, econômica e social estimada em mais de R$ 1 bilhão. Não faltam, portanto, motivos para estímulo na carreira de Nicolelis. No entanto, ele revela uma decepção: desde a instalação do IINN, há sete anos, o Instituto nunca recebeu o apoio devido dos poderes públicos estadual e municipal, nem dos políticos potiguares em geral. O neurocientista que acredita que a força do pensamento pode superar as barreiras geográficas e, de certa forma, provou isso instalando um centro de conhecimento de ponta em um Estado pequeno como o Rio Grande do Norte, não esperava deparar com o obstáculo da “falta de visão”. Miguel Nicolelis esteve em Natal na última semana e concedeu entrevista exclusiva ao repórter Wagner Lopes, da TRIBUNA DO NORTE, na qual falou sobre o projeto, as novidades e, principalmente, as dificuldades enfrentadas pelo IINN. 

Adriano AbreuMiguel Nicolelis é considerado um dos maiores pesquisadores do planeta na área de neurociências

Miguel Nicolelis é considerado um dos maiores pesquisadores do planeta na área de neurociências
Em junho foi assinada pela UFRN a ordem de serviço (R$ 32 milhões) para a obra dos dois primeiros prédios do futuro Campus do Cérebro, em Macaíba. Isso mostra um projeto já consolidado?

Sem dúvida. O Campus deve ser um dos maiores investimentos do Ministério da Educação no momento. Existe um interesse de todas as partes para que esteja concluído no próximo ano. Vamos ter um instituto de pesquisas e uma escola de ensino regular funcionando nesses prédios. 

E o que os governos locais podem fazer para contribuir?

Acho que precisa de quase tudo. Esse é hoje o maior projeto científico do Brasil. Com certeza o de maior repercussão fora do país, tanto que conseguimos doações inéditas. Ainda tenho por mim que nem o estado, nem o município têm ideia de que esse projeto pode ser um agente transformador da economia local. 

Há problemas?

Algo que podemos mencionar é que há sete anos a sede do instituto funciona nessa rua de terra (Francisco Luciano, em Candelária, próximo à empresa Via Sul). Entra prefeito, sai prefeito, nos prometem o asfalto, e nada muda. Recebemos gente do mundo inteiro, ganhadores do Prêmio Nobel, embaixadores de outros países, e a rua continua deste jeito. O que as pessoas pensam quando vêm a Natal, com todos os problemas que a cidade tem, e veem uma iniciativa desse tamanho em um rua de terra? As pessoas dos Estados Unidos, da Europa, do Japão, visitam esses prédios e ficam maravilhadas. E a primeira pergunta que fazem é como é que o governo local não asfalta nem a rua.

E quando se fala em turismo na cidade deveria se pensar também nesse público selecionado?

Esse turismo atual não traz dinheiro nenhum. Vejo esses ônibus de turismo andando por Natal, fazendo “city tour”, deixando migalhas na cidade e às vezes deixando problemas seríssimos, que nem vale a pena citar, enquanto a gente tenta criar uma economia de conhecimento que pode trazer bilhões de reais ao longo do tempo. E tudo é difícil, tudo é uma dificuldade. As pessoas falam, nos tratam muito bem, sou muito bem recebido, mas do ponto de vista operacional, se isso fosse feito no estado de São Paulo, em outro estado, outro país… Essas demandas são mínimas e não estamos pedindo nada de outro mundo. São 200 metros de asfalto. A RN que chegava no instituto lá em Macaíba foi recuperada, mas não tinha mais condições de passar automóveis. Havia risco de mortes devido às crateras. Eu mesmo perdi dois pneus do carro nas idas até lá. Mas aqui na frente do instituto, aqui em Natal, eu categorizaria como uma vergonha. O município também nos pediu um projeto para outra escola aqui em Natal (o IINN já conta com uma na Cidade da Esperança). Fizemos o projeto e nunca tivemos resposta. Então me pergunto se as pessoas não percebem a importância disso. Acho que depois de sete anos não há muitas dúvidas de que somos sérios.

Se não fosse o benefício social proporcionado à população, o senhor já falaria em arrependimento por instalar o Instituto em Natal?

Olha, não digo arrependimento porque a população de Natal tem sido muito carinhosa e nossos mil alunos, mais os quinhentos da nova escola, mais os 1.200 da escola de tempo integral, nos mantêm estimulados, a todos nós que trabalhamos. Somos mais de 100 pessoas que vieram do Brasil inteiro para cá, mas nunca imaginei o grau de desinteresse que a gente encontraria do poder público. 

Decepção talvez?

Diria que em quase oito anos, que a gente completa em março, com exceção da UFRN e da nova administração e, pontualmente, da administração passada de Macaíba, realmente me sinto decepcionado com o poder público e a classe política local.

Falta entendimento da importância do projeto ou falta interesse em apoiá-lo?

É uma ótima pergunta. Esse é um projeto que já é o maior investimento, não tem nada feito no Rio Grande do Norte, do ponto de vista tecnológico, com um grau de investimento desse montante. Só o MEC, que é uma fração do projeto, já investiu R$ 42 milhões e tem a perspectiva de dobrar esse investimento. Os investimentos todos que estamos trazendo para Natal não têm nada igual no Estado. Ouso dizer que, com a exceção da Petrobras, não tem nenhuma outra iniciativa capaz de transformar a economia do estado de uma economia primaria, de um turismo com baixo valor agregado, uma economia agrária, em uma economia baseada em conhecimento e tecnologia, que transformaria completamente o perfil do Rio Grande do Norte. Sendo que o experimento educacional que promovemos já é reconhecido pelo MEC como uma grande iniciativa. Inauguramos agora uma escola na Bahia e, de cara, tivemos um investimento alto do governo de lá. Então fico pensando, poxa, a gente focou aqui, criou o instituto aqui, trouxe tudo para cá, e tem outros estados dispostos a levar a gente para lá, oferecendo tudo que a gente não tem aqui. A escola em Serrinha (BA) é maravilhosa. O governador da Bahia veio aqui, nos recebeu lá. Aceitou o nosso projeto, que era de R$ 5 milhões. Nunca tivemos nada parecido aqui. Fico imaginando: será que os governantes não pensam em como criar empregos de valor agregado, educar o povo?

Natal e o Rio Grande do Norte podem perder muitas estruturas que poderiam ser erguidas aqui e vão sendo atraídas por outros Estados?

Sim. A gente não vai desistir nunca, mas às vezes dá um desânimo. Não pelo que a gente faz, porque o que está sendo feito é maravilhoso, as crianças, nossos cientistas, as mulheres que recebemos em nosso centro de saúde. E Natal com tantos problemas de saúde e a gente com um centro tão moderno e não conseguimos parcerias.

E hoje o senhor vê alguma forma de convencimento dos políticos em relação à importância do Instituto ou de mostrar o que é o IINN?

O mundo inteiro sabe o que é. Todas as revistas mundiais, os órgãos de imprensa mundiais sabem. A inauguração da escola em Serrinha foi matéria de capa da Folha de São Paulo, maior jornal do país. Vira e mexe o projeto está sendo mostrado nas TVs daqui e de fora do Brasil. Tenho falado sobre o projeto e, onde chego, as pessoas já me perguntam sobre o Instituto de Natal. E não estou falando em qualquer lugar, falo na Academia Francesa de Ciências, na Universidade de Harvard, onde fui convidado só a falar sobre o instituto, que é um experimento que até os americanos estão interessados em entender o que está acontecendo aqui. Sinto uma total e completa falta de visão de futuro. Não tenho nenhuma filiação partidária, então posso falar que os políticos brasileiros, pelo menos os que vejo atuar aqui, têm uma visão muito provinciana, imediatista, de assistencialismo, em função de problemas que aparecem agudamente e ninguém pensa que vamos ter filhos, netos e eles vão precisar de empregos e de uma qualidade de vida melhor que a nossa.   

Se o senhor não vê isso de parte do poder público, há alguma esperança em relação à iniciativa privada?

Bom, até agora a iniciativa privada do Estado também, com exceção de pequenas e pontuais parcerias, que começam, mas não tem continuidade… O único lugar do Brasil que não consegui estabelecer parcerias privadas de longo prazo foi no estado do Rio Grande do Norte.

E certamente a “Cidade do Cérebro” é uma oportunidade econômica relevante?

Isso. A ideia, além dos primeiros prédios, é termos outras iniciativas educacionais, culturais, científicas. E o último passo é construir um parque tecnológico e científico, a “Cidade do Cérebro”, alavancada no Campus do Cérebro. Estamos falando de um investimento de uma magnitude, falando de forma conservadora, da ordem de R$ 1 bilhão, entre nossos projetos e das empresas de fora do Brasil que estão dispostas a investir. Só que a gente às vezes traz contato do exterior e as pessoas não conseguem falar com ninguém aqui. Ou elas falam e não tem interlocutor no poder público. Continuo me perguntando: o que teria acontecido se tivéssemos levado esse projeto para o interior de São Paulo, ou para Salvador, ou para Belo Horizonte, ou Porto Alegre? Como a gente estaria sendo tratado? Como os governantes locais estariam vendo um projeto que já captou, com todos os investimentos, mais de R$ 100 milhões, chegando a quase R$ 125 milhões e com a perspectiva de atingir alguns bilhões de reais em toda sua vida?

Tivemos aqui, recentemente, a instalação do Instituto Internacional de Física… 

O Instituto de Física é um grande exemplo. Do ponto de vista acadêmico é uma enorme conquista para a região. Agora, é um instituto que não tem uma visão social, nem uma perspectiva de transformação econômica. De repente, não tem comparação. E uma das razões que o Instituto de Física veio para cá foi porque teve a noção, a informação, de que nós tínhamos vindo para cá e, por essa razão, se sentiu que havia condições de se estabelecer aqui. Mas o desbravador da porteira foi a gente. E a gente fica sabendo, por exemplo, que existe a possibilidade de se ter um curtume lá perto do Campus do Cérebro. Essa notícia está se espalhando e, se for verdade, é um atentado à lógica. Imagina a gente trazendo gente do mundo inteiro e alguém quer colocar um matadouro de boi do lado de nosso instituto, com urubu em volta, carcaça de animais. É pior que a rua de barro. Na rua de barro você pelo menos passa de trator. De onde saem essas ideias? Acho que nosso instituto não só trouxe um salto acadêmico e contribui, por exemplo, com o trabalho desenvolvido pelo professor Ivonildo (Rego) na UFRN, o MEC se dispôs a fazer investimentos que não tinha feito, a fazenda de Jundiaí que não utilizava seu potencial se transformou em um polo de investimentos. Temos um projeto educacional que pretende trabalhar as crianças desde o pré-natal até a pós-graduação, de maneira a preparar essas gerações do estado a serem líderes e atuarem na “Cidade do Cérebro”. 

Então o senhor não esperava essas barreiras políticas?

No fundo não acha que sejam barreiras políticas. O presidente entende o projeto, o ministro da Ciência, da Educação, o da Saúde. Os políticos que têm uma visão ampla do Brasil são os maiores apoiadores do projeto. Me contaram na Harvard que sempre que o presidente fala sobre projetos científicos, menciona o instituto, o que é uma honra muito grande. Ele veio aqui, viu as crianças, viu o que a gente está tentando fazer. Então não acredito que seja a falta de um diálogo político, acho que é falta de visão mesmo, de imaginar que a política moderna não é provinciana, é globalizada. É só andar na praia de Ponta Negra, ou pelo interior do estado, que você percebe que, ou as economias locais se inserem no mundo globalizado com aquilo que melhor temos a oferecer, que no caso brasileiro é o talento humano, ou a gente fica pra trás, só com as migalhas do sistema econômico e financeiro. A ciência, a tecnologia e o conhecimento é uma indústria que o Brasil ainda não expandiu, Pôr turista em ônibus para passear pela Via Costeira é migalha. Esse estado, esse povo, essa região, essa cultura, merecem muito mais.

E com relação às pesquisas, como andam os estudos?

As pesquisas continuam e temos resultados maravilhosos. Temos um cronograma na pesquisa de Parkison e resultados preliminares que confirmam nossos estudos do ano passado, em saguis. Temos de acabar, repetir, ter certeza absoluta. 

E quando começam os testes em humanos?

Se for repetido em todos os animais o mesmo resultado que tivemos no começo, e que foi o mesmo obtido em roedores, no início do próximo ano estaremos levando isso para a prática clínica. Seria um processo extremamente rápido, em dois anos de um estudo de roedores passando para o teste clínico e graças à comprovação que foi feita aqui (em Natal).    

E como está a vinda do supercomputador para Natal?

Há problemas de importação de equipamentos de grande porte, mas estamos solucionando os problemas e fazendo o que tem de ser feito, porque aqui leva mais tempo que em qualquer lugar do mundo. 

E isso já representa algum atraso no cronograma que haviam montado?

Não, já tínhamos previstos os trâmites burocráticos e agora é só um questão de preencher toda a papelada. É uma máquina enorme, de umas seis toneladas e de vários milhões de dólares. É um computador doado pelo governo suíço que já tem três anos, mas é uma máquina única. 

E qual a previsão agora?

Algum momento deste segundo semestre

Por que os juízes e bandeirinhas erram na marcação de faltas?

Sinister Bias for Calling Fouls in Soccer

Alexander Kranjec¤*, Matthew Lehet, Bianca Bromberger,Anjan Chatterjee

Neurology Department and the Center for Cognitive Neuroscience, University of Pennsylvania, Philadelphia, Pennsylvania, United States of America

Abstract Top

Distinguishing between a fair and unfair tackle in soccer can be difficult. For referees, choosing to call a foul often requires a decision despite some level of ambiguity. We were interested in whether a well documented perceptual-motor bias associated with reading direction influenced foul judgments. Prior studies have shown that readers of left-to-right languages tend to think of prototypical events as unfolding concordantly, from left-to-right in space. It follows that events moving from right-to-left should be perceived as atypical and relatively debased. In an experiment using a go/no-go task and photographs taken from real games, participants made more foul calls for pictures depicting left-moving events compared to pictures depicting right-moving events. These data suggest that two referees watching the same play from distinct vantage points may be differentially predisposed to call a foul.

Citation: Kranjec A, Lehet M, Bromberger B, Chatterjee A (2010) A Sinister Bias for Calling Fouls in Soccer. PLoS ONE 5(7): e11667. doi:10.1371/journal.pone.0011667

Sidarta Ribeiro fala sobre sonhos

Sidarta ribeiro fez um comentário longo e interessante lá no post sobre Sonhos, Paradoxo de Fermi e Gripe Suína. Acho que isso vale um post-colaboração em destaque:

Sidarta Ribeiro disse…

Osame,
Muito legal o post, um belo exemplo de insight onírico na ciência. Acredito que os sonhos não são peças isoladas de um quebra-cabeças, nem cadeias lineares de memórias, mas sim uma concatenação de representações de acordo com as emoções dominantes do sonhador. Idéias novas vêm necessariamente da recombinação de idéias velhas. Os sonhos são oráculos cegos que criam cenários futuros com base apenas na experiência do passado, orientando as ações da vigília de modo a maximizar a adaptação ao ambiente. Este aspecto onírico de predição do futuro, ou mais exatamente de especulação sobre o futuro, é provavelmente a explicação para a crença generalizada na premonição onírica em diversas sociedades do passado. Apesar de probabilísticos, os sonhos por vezes predizem muito precisamente os acontecimentos futuros. Este é um fenômeno raro na sociedade moderna, mas adivinhos de sonhos desempenharam um papel histórico importante nas civilizações da Antiguidade. Hoje em dia, a interpretação dos sonhos continua a ser bastante relevante em muitas das chamadas culturas “primitivas”.
De que forma é possível conciliar a explicação materialista dos sonhos com a função premonitória a eles atribuída por tantas tradições diferentes? O ponto de encontro é a reativação e recombinação de memórias durante o sono, que alimentam o enredo onírico. Para vivenciá-lo subjetivamente, não basta reverberar padrões de atividade neural. É preciso concatená-los numa busca da satisfação do desejo mediada por dopamina, de forma a simular uma sequência comportamental plausível, capaz de inserir-se num futuro em potencial que inclua o ambiente e o próprio sonhador. Governado por emoções e motivações, o sonho permite a simulação de futuros possíveis, tão mais claros e prováveis quanto mais marcantes e previsíveis forem os desafios da vigília. Nessa concepção, a função primitiva dos sonhos é a simulação de estratégias comportamentais, adaptativas ou não. Recompensando os circuitos neurais dos sonhos bons e punindo os circuitos subjacentes aos pesadelos, é possível aprender durante a noite sem os riscos da realidade.
As fortes pressões seletivas sobre comportamentos cruciais devem moldar de forma darwinista o enredo do sonho, estereotipando a reverberação mnemônica em relação direta com a sobrevivência. Presume-se que os enredos oníricos de animais livres na natureza consistam de poucas narrativas repetidas à exaustão mas com inúmeras variações sobre os mesmos temas: predar e ser predado, fazer a corte e procriar, navegação para forrageio e cuidado parental. Mesmo para nossos ancestrais hominídeos de 500 mil anos atrás, já equipados com armas e fogo, a vida era perigosa e podia acabar mal a qualquer momento. Foi apenas com o advento da pecuária, da agricultura e da medicina xamânica que começamos a nos libertar dos estreitos limites da necessidade.
À medida que a vida humana tornou-se mais fácil e mais complexa, com o desenvolvimento da cultura e seus confortos, os sonhos perderam muito de seu poder de previsão, adquirindo um repertório simbólico muito diversificado. Em comparação com outros mamíferos, seres humanos contemporâneos experimentam muito menos ansiedades em seu cotidiano. Predadores não-humanos são raros, a lei inibe a predação entre pessoas, alimentos e cuidados de saúde são acessíveis, e habitamos abrigos permanentes. Nossos sonhos não estão mais sob a influência de eventos de vida ou morte. Ao contrário, são dominados por uma miríade de pequenas frustrações e expectativas prosaicas. Depois da cultura e do símbolo, o sonho virou qualquer nota…
Na ausência de vivências cotidianas altamente significativas, não é de surpreender que os sonhos contemporâneos tendam a misturar elementos recentes e triviais da vida desperta com memórias antigas fortemente codificadas, chegando até a infância. Ainda assim, é possível em circunstâncias especiais revelar o caráter adaptativo dos sonhos. Cientistas e artistas sempre se beneficiaram disso. Será que agora você vai começar a escrever um sonhário?
Grande abraço,
Sidarta

Sidarta, gostei da proposta mas falta ainda concatenar isso com a abundância de sono REM em fetos e bebês. Como explicar isso? 
PS: Por falar nisso, bons sonhos para o Ernesto…

Memórias, Sonhos e Reflexões

By Rachael Rettner, LiveScience Staff Writer
posted: 27 June 2010 09:22 am ET
BOSTON – The slumbering mind might not seem like an apt tool for any critical thinking, but humans can actually solve problems while asleep, researchers say. Not only that, but one purpose for dreaming itself may be to help us find solutions to puzzles that plague us during waking hours.

Dreams are highly visual and often illogical in nature, which makes them ripe for the type of “out-of-the-box” thinking that some problem-solving requires, said Deirdre Barrett, a psychologist at Harvard University.

Barrett’s theory on dreaming, which she discussed at the Association for Psychological Science meeting here last month, boils down to this: Dreaming is really just thinking, but in a slightly different state from when our eyes are open. [Why we dream is just one mystery of the mind.]
“Whatever the state we’re put in, we’re still working on the same problems,” Barrett said. Although dreams might have initially evolved for a different purpose, they likely have been refined over time so they can serve double-duty: help the brain reboot itself and problem-solve. Dreams and evolution
A theory to explain dreams, or any human behavior for that matter, needs to take into account evolution, Barrett said. But many early theories of dreaming either didn’t address evolution at all, or downright contradicted it, she said.
For instance, Sigmund Freud proposed dreams exist to fulfill our wishes. But such gratification in an imaginary world would do little to help us adapt our instincts to the physical world, which is one key point of evolution, Barrett said.

Others have proposed dreams are more of a side effect of the sleep cycle. Dreams usually occur during Rapid Eye Movement, or REM, sleep. This stage is thought to serve several functions: to rest a part of the brain (since some areas are active while others aren’t) and to replenish brain chemicals, such as neurotransmitters.

This has led some to say that dreams happen simply because REM sleep happens, Barrett said. The psychologist Steven Pinker once likened dreams to computer screen savers, saying that it perhaps “doesn’t really matter what the content is as long as certain parts of the brain are active.”
However, Barrett disagrees. “My opinion is that, evolution just isn’t wasteful, that when things evolve for one purpose, that generally they don’t continue throughout time to have only that purpose, but anything else that may be useful about them gets refined,” she said in a telephone interview with LiveScience prior to the convention.

She also noted that REM sleep has been around for quite some time, since mammals evolved some 220 million years ago. “The longer something has existed during evolutionary history, the likelier it is to have other functions overlaid on it,” she said at the convention.
Problem-solving

Barrett has studied problem-solving in dreams for more than 10 years, and documented many examples of the phenomenon.

In one experiment, Barrett had college students pick a homework problem to try to solve in a dream. The problems weren’t rocket science; they were fairly easy questions that the student simply hadn’t gotten around to solving yet. Students focused on the problem each night before they went to bed. At the end of a week, about half the students had dreamed about the problem and about a quarter had a dream that contained the answer, Barrett said.

So at least in the cases where problems are relatively easy, some people can solve them in their sleep.
Barrett has also extensively reviewed scientific and historical literature, looking for examples of problems solved in dreams.

She found examples of almost every type of problem being solved in a dream, from the mathematical to the artistic. But many were related to problems that required individuals to visualize something in his or her mind, such as an inventor picturing a new device.

The other major category of problems solved in dreams included “ones where the conventional wisdom is just wrong about how to approach the problem,” Barrett said.

Dreams might have evolved to be particularly good at allowing us to work out puzzles that fall into those two categories, she said.

“I think that dreams and REM sleep have probably further evolved to be useful for really as many of the things that our thinking is useful for,” Barrett said. “It’s just extra thinking time, so potentially any problem can get solved during it, but it’s thinking time in the state that’s very visual and looser in associations, so we’ve evolved to use it especially to work on those kinds of problems.”
Top 10 Mysteries of the Mind
Top 10 Spooky Sleep Disorders
Video Gamers Can Control Dreams, Study Suggests

Dormir ou não dormir, eis a questão…

Mammalian Sleep Dynamics: How Diverse Features Arise from a Common Physiological Framework

Andrew J. K. Phillips1,2,3*, Peter A. Robinson1,2,4, David J. Kedziora1,2, Romesh G. Abeysuriya1,2

1 School of Physics, University of Sydney, Sydney, Australia, 2Brain Dynamics Center, Westmead Millennium Institute, Sydney Medical School – Western, University of Sydney, Westmead Hospital, Sydney, Australia, 3 Division of Sleep Medicine, Brigham & Women’s Hospital, Harvard Medical School, Boston, Massachussetts, United States of America, 4 Center for Integrated Research and Understanding of Sleep, Camperdown, Australia

Abstract Top

Mammalian sleep varies widely, ranging from frequent napping in rodents to consolidated blocks in primates and unihemispheric sleep in cetaceans. In humans, rats, mice and cats, sleep patterns are orchestrated by homeostatic and circadian drives to the sleep–wake switch, but it is not known whether this system is ubiquitous among mammals. Here, changes of just two parameters in a recent quantitative model of this switch are shown to reproduce typical sleep patterns for 17 species across 7 orders. Furthermore, the parameter variations are found to be consistent with the assumptions that homeostatic production and clearance scale as brain volume and surface area, respectively. Modeling an additional inhibitory connection between sleep-active neuronal populations on opposite sides of the brain generates unihemispheric sleep, providing a testable hypothetical mechanism for this poorly understood phenomenon. Neuromodulation of this connection alone is shown to account for the ability of fur seals to transition between bihemispheric sleep on land and unihemispheric sleep in water. Determining what aspects of mammalian sleep patterns can be explained within a single framework, and are thus universal, is essential to understanding the evolution and function of mammalian sleep. This is the first demonstration of a single model reproducing sleep patterns for multiple different species. These wide-ranging findings suggest that the core physiological mechanisms controlling sleep are common to many mammalian orders, with slight evolutionary modifications accounting for interspecies differences.

Author Summary Top

The field of sleep physiology has made huge strides in recent years, uncovering the neurological structures which are critical to sleep regulation. However, given the small number of species studied in such detail in the laboratory, it remains to be seen how universal these mechanisms are across the whole mammalian order. Mammalian sleep is extremely diverse, and the unihemispheric sleep of dolphins is nothing like the rapidly cycling sleep of rodents, or the single daily block of humans. Here, we use a mathematical model to demonstrate that the established sleep physiology can indeed account for the sleep of a wide range of mammals. Furthermore, the model gives insight into why the sleep patterns of different species are so distinct: smaller animals burn energy more rapidly, resulting in more rapid sleep–wake cycling. We also show that mammals that sleep unihemispherically may have a single additional neuronal pathway which prevents sleep-promoting neurons on opposite sides of the hypothalamus from activating simultaneously. These findings suggest that the basic physiology controlling sleep evolved before mammals, and illustrate the functional flexibility of this simple system.

Citation: Phillips AJK, Robinson PA, Kedziora DJ, Abeysuriya RG (2010) Mammalian Sleep Dynamics: How Diverse Features Arise from a Common Physiological Framework. PLoS Comput Biol 6(6): e1000826. doi:10.1371/journal.pcbi.1000826

Maneira simples de um político mostrar que não é (ou é menos) corrupto

Marina Silva
José Serra

Além do Ficha Limpa, talvez fosse interessante para candidatos melhorarem sua imagem se, durante a campanha, se submeterem aos testes descritos abaixo e divulgarem os resultados para os eleitores.
Não é um policiamento tecnocrático dos politicos. Afinal, só faz o teste quem quiser. Será que Dilma e Serra se dispõe a fazer os testes do prof. André Palmini da PUC-RS? Eu acho que Marina Silva iria se dar bem nesse teste…
A análise lexigráfica do José Roberto de Toledo também é interessante…

Cérebro insensível é mais vulnerável à corrupção, dizem pesquisadores

DÉBORA MISMETTI
EDITORA-ASSISTENTE DE SAÚDE, DE GRAMADO

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Uma pessoa que não tem medo diante de ameaças e que não sente indignação está mais vulnerável ao comportamento corrupto.

A hipótese, baseada na análise de imagens do cérebro captadas por meio de ressonâncias magnéticas funcionais e em exames que detectam as descargas de adrenalina do sistema nervoso, foi apresentada hoje no congresso Cérebro, Comportamento e Emoções, em Gramado, pelo neurologista André Palmini, da PUC do Rio Grande do Sul.

Palmini explicou que há um senso de justiça presente no cérebro de quase todas as pessoas. Quando presenciamos a justiça sendo feita, sentimos uma identificação com isso, uma empatia. Se vemos uma injustiça, sentimos nojo. “Quando sentimos nojo, ativamos a ínsula, região do cérebro essencial para o comportamento moral”, disse o médico. Daí vem a sensação de indignação que normalmente surge diante da corrupção. Mas, como cada cérebro é diferente, há quem tenha reações diferentes.

De acordo com as pesquisas citadas pelo médico, é possível observar as conexões entre as regiões morais do cérebro: o cíngulo anterior e a ínsula. Assim como cada região do cérebro tem funções específicas, essas conexões também desempenham seus próprios papéis.

Nesses estudos, foram aplicadas escalas para medir o nível de empatia das pessoas em relação à sociedade. Quanto menor a conexão entre essas duas regiões emocionais e morais do cérebro, menor a capacidade que o indivíduo tem de funcionar socialmente. Em pessoas com conexões mais fortes, havia maior capacidade de indignação e entendimento da moral.

“O status dessas redes neurais influenciam a maneira como valorizamos os estímulos do ambiente. Isso varia muito entre as pessoas e é a base de como sentimos o mundo e como tomamos decisões”, disse Palmini.

Em outro estudo, que media a reação de adrenalina em pessoas submetidas a situações de estresse, por meio da condutividade elétrica da pele, algumas não reagiam às ameaças. De acordo com o neurologista, isso indica que elas eram insensíveis. “Essa condição leva à tomada de decisão inadequada, porque a pessoa fica vulnerável a correr riscos desnecessários.”

Crianças que apresentaram essa falta de reação aos três anos não respondiam a punições verbais. Aos oito, elas já tinham comportamentos agressivos. Elas não eram sensíveis ao meio, não mobilizavam seu “cérebro emocional”.

“Quem não se condicionava, não tinha medo, tinha mais risco de cometer crimes mais tarde, aos 20 anos”, afirmou Palmini.

Um cérebro que amadurece nessas condições fica mais predisposto a ter uma personalidade psicopata, segundo o médico. A ausência do medo da punição facilita o comportamento corrupto, aliada aos fatores ambientais, como a oportunidade de cometer delitos.

CORRUPTOS LESADOS

O pesquisador Antoine Bechara, da Universidade de Iowa, também apresentou sua explicação para esses comportamentos desviantes.

A ausência de moral do corrupto, segundo Bechara, é similar àquela apresentada pelos psicopatas, que não se preocupam com o outro. “Em pessoas normais, os valores morais e os riscos são ligados. Não há por que violar as regras”, disse o neurologista.

O pesquisador afirma que há duas explicações para o cérebro corrupto. Ou há uma lesão cerebral, por motivos genéticos ou traumas sofridos na infância, ou a pessoa não tem lesão alguma, mas cresceu em um ambiente onde a corrupção não é punida.

O primeiro grupo não tem como aprender a diferenciar certo e errado, mesmo que sofra punições. Já o segundo pode conseguir se ajustar, se houver mudanças no ambiente.

De acordo com Bechara, pessoas com anormalidades no córtex pré-frontal repetem os erros, ainda que tenham uma alta capacidade intelectual. “Elas podem até ser mais bem sucedidas do que as pessoas normais, dependendo do meio em que atuam”, disse o neurologista.

Ele explica suas conclusões por meio de um teste de jogo chamado Iowa Gambling Test. Nesse exame, são exibidas quatro possibilidades de aposta para o voluntário. Um par dá mais ganhos imediatos, mas leva a perdas maiores a longo prazo. O outro dá menos benefícios imediatos, mas resulta em um ganho grande no final.

Pessoas sem lesões cerebrais, em geral, sabem escolher a opção mais vantajosa a longo prazo. Quando há a lesão no córtex frontal, a pessoa erra mesmo quando já sabe qual é a melhor escolha. “Ainda que elas tenham uma reação negativa em relação à perda, não temem essa punição na hora de tomar a decisão”, explicou Bechara.

Além de serem destemidas, essas pessoas não julgam moralmente os outros. Em testes que apresentam aos voluntários uma história de tentativa de homicídio que não dá certo, os normais acham isso um crime. As pessoas com lesão se mostram mais permissivas.

O curioso, segundo o neurologista, é que há pessoas normais que se comportam como se tivessem a lesão cerebral. Talvez, disse ele, elas tenham algum problema cerebral indetectável em exames. “Essas pessoas também são vulneráveis a comportamentos antissociais como a corrupção.”

Ao final, Bechara lembrou que os psicopatas não são só os assassinos. “Eles estão na sociedade. Podem ser empresários, políticos, pessoas que não cometem crimes violentos, mas que exploram os outros, são imorais, usam cargos públicos para enriquecer e prejudicar os outros. Está na hora de revisitar as causas cerebrais para estudar o comportamento corrupto.”

O 1º discurso de Marina Silva como candidata do PV

por Jose Roberto de Toledo

Seção: ELEIÇÃO PARA PRESIDENTE

12.junho.2010 12:21:26

O primeiro discurso de Marina Silva como candidata do PV foi marcado pelo seu agradecimento às pessoas e pelas referências ao Brasil. Esta foi a palavra mais citada pela senadora, com 38 referências. O contexto mais frequente em que “Brasil” aparece é o que deu nome ao seu discurso: “o Brasil que queremos”. Já o agradecimento pode ser medido pelas 18 vezes que ela disse “obrigada” e pelas 13 vezes que falou “agradeço”.

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Foi um discurso emocional, através do qual a candidata tentou se conectar com o público presente ao evento (citou “aqui” 33 vezes) usando um tom pessoal. Entre as palavras mais citadas pela candidata estão “pessoa/s” (26 vezes), “vocês” (20), “todos/as” (31) e os nomes do seu vice, Guilherme Leal (13 vezes), e dos deputados Alfredo Sirkis (6 ) e Fernando Gabeira (5).

Do lado emocional, citou “coração” 9 vezes. Do institucional, “política” (13 vezes), “programa” (9) e “partido” (8) foram as citações mais usuais. E do ponto de vista do conteúdo, houve dispersão: “educação” (7 citações), “família” (7), “deus” (7), “jovens” (7), “economia” (6), “mulheres” (5) foram os mais frequentes.

Para o discurso de uma candidata verde, as citações ao tema central do partido não foram predominantes: 6 referências a “ambiente/ambiental/ais”, uma “biodiversidade” e nenhum “ecológico” ou “ecologia”.

O discurso foi longo, durou 45 minutos e empregou 7.238 palavras. Dessas, 1.466 foram palavras distintas, o que indica o domínio de um léxico extenso.

A origem petista de Marina ficou demonstrada pelas 17 citações da expressão “companheiro/a/s”, uma marca registrada do partido.

Para saber em que contexto cada palavra foi citada por Marina, clique na imagem abaixo e, na nova página que abrir, substitua “Brasil” pela expressão que quer ver.

Insetos tem livre arbítrio? (II)

Moscas têm sinais de livre arbítrio

Pesquisa revela que comportamento do inseto não é nem aleatório nem determinado.
Trabalho indica que pode existir um componente biológico para a vontade própria.

Marília Juste

Do G1, em São Paulo

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Foto: Reprodução

Durante os testes, as moscas se comportaram como se tivessem vontade própria. (Foto: Reprodução)

A mesma mosca que parece incapaz de deixar de bater a cabeça no vidro da janela pode possuir algo que parece muito humano: livre arbítrio. É o que indica um estudo feito com moscas-de-fruta na Alemanha. O trabalho não afirma que os insetos tomam decisões conscientes, mas rebate uma visão bastante popular na neurociência: a de que o cérebro funciona simplesmente respondendo a estímulos, como um robô mais avançado.

Há uma “lei” semi-séria entre os cientistas que analisam comportamento animal em laboratório, que traduzida livremente significa: “sob circunstâncias experimentais cuidadosamente controladas, um animal vai se comportar como lhe der na telha”. O trabalho alemão, publicado na revista científica “PloS ONE” nesta semana, procura estudar exatamente essa variabilidade.

“Nossos resultados nos permitem perguntar por que o cérebro possui essa propriedade. Por que um animal sempre se comporta de uma maneira um pouco diferente mesmo nas mesmas situações?”, afirmou ao G1 o líder do estudo, Björn Brembs, da Universidade Freie, em Berlim.

A visão defendida por Brembs não é exatamente popular entre os neurocientistas. Para a maioria deles, o cérebro toma uma determinada ação em resposta a um certo estímulo. Isso não significa que o mesmo estímulo sempre resultará na mesma ação, mas que não existiria decisão tomada por mera “vontade”, sem relação com algum estímulo externo -– mesmo em seres humanos.

As diferenças de comportamento observadas em animais respondendo a um mesmo estímulo, principalmente em insetos, são, para grande parte dos pesquisadores, apenas respostas aleatórias, resultado de cérebros complexos.

Não foi o que a equipe de Brembs verificou nas moscas-de-fruta. O grupo prendeu exemplares do inseto com pequenas quantidades de cola, que as impedia de mudar de lugar, mas não de se mexer e bater as asas, em um ambiente completamente branco, sem qualquer estímulo externo.

Se as moscas simplesmente respondessem ao estímulo que recebiam, elas todas se moveriam de maneira mais ou menos parecida –- e monótona. Se sua resposta fosse aleatória, ela lembraria os sons erráticos de um rádio fora de estação. Mas o que os cientistas observaram foram movimentos completamente diferentes, que não podem ser considerados nem determinados, nem aleatórios. “Um comportamento aleatório é fácil de testar matematicamente e as moscas não estão nem perto disso”, afirma Brembs.

A equipe testou diversos modelos matemáticos para tentar prever o comportamento dos insetos. Nenhum deu certo. “Nossos resultados eliminam duas explicações sobre o comportamento das moscas que contrariam a existência de um livre arbítrio: a aleatoriedade e o determinismo”, diz Brembs. “Se a livre vontade existe, ela está entre essas duas possibilidades, em um lugar que ainda não é bem compreendido”, afirma.

Segundo o cientista, se nem as moscas-de-fruta respondem apenas a estímulos, é muito difícil defender que o mesmo aconteceria em seres humanos. Para ele, o cérebro deve possuir algum mecanismo biológico que seja responsável pelo nosso livre arbítrio.

“Como um biólogo, acredito que cada um de nossos pensamentos e emoções se origina no cérebro. Assim sendo, deve existir uma fundação biológica para o que nós chamamos de livre arbítrio”, declara Brembs. “Neste momento, ainda estamos longe de saber qual seria essa fundação”, diz ele.

O pesquisador reconhece que seu trabalho vai de encontro à grande maioria dos neurocientistas. “Nosso estudo não exclui a possibilidade de que a vontade própria pode ser simplesmente uma ilusão. Mas ele é consistente com um cérebro que pode, de fato, ter vontade. A outra explicação não é compatível”, diz ele.

Acupuntura em camundongos

Da Nature:

Acupuncture for mice

Study hints at biological mechanism for alternative therapy.

Daniel Cressey

Is acupuncture more than mere placebo?

Long derided by much of the mainstream medical community, acupuncture seems to have just got a little bit less alternative.

Despite anecdotal evidence claiming benefits in treating ailments from allergies to pain, acupuncture faces two big challenges to acceptance in mainstream medicine. Many reviews of clinical trials have concluded that there is no evidence of efficacy for most conditions beyond the placebo effect1, and there is no scientifically accepted mechanism for how the treatment works.

Research in mice has now provided a biochemical explanation that some experts are finding more persuasive2, although it might account for only some of the treatment’s supposed benefits. “Our study shows there is a clear biological mechanism behind acupuncture,” says Maiken Nedergaard, a neuroscientist at the University of Rochester in New York, who led the research.

Nedergaard’s team wanted to find out whether the neuromodulator adenosine, which is produced when tissue is injured and has pain-dulling effects, was involved in the purported pain-relieving effects of acupuncture. After inducing pain in the right hind paws of their mice, the researchers inserted and rotated an acupuncture needle just below the ‘knee’, at a place known in humans as the ‘Zusanli point’. For about an hour after the treatment the mice took longer to respond to touch or heat on the paw, indicating that their pain had been dulled. The team found that adenosine levels had increased at the acupuncture site, and that mice lacking a key cell receptor for adenosine did not show the same response.

“One thing that’s really nice about this is they approach this question with a specific and firm hypothesis,” says Vitaly Napadow, a neuroscientist who studies acupuncture at Harvard Medical School in Boston, Massachusetts. Although sceptical that the mechanism could explain, for example, how acupuncture could relieve headaches, he says that “in conditions such as carpal tunnel syndrome, a mechanism such as that described in this paper might very well be important”.

Dominik Irnich, head of the Multidisciplinary Pain Centre at the University of Munich in Germany, and a doctor who uses acupuncture, notes that other studies have proposed mechanisms such as the release of endorphins or other neurotransmitters3,4. But Nedergaard says that these would act on the whole nervous system — her study found no effect when acupuncture was applied to the rodents’ pain-free left legs, suggesting that there is not a central mechanism.

Edzard Ernst, who studies the effectiveness of alternative therapies at the Peninsula Medical School in Exeter, UK, says that the mechanism is credible, but that the work does not address whether acupuncture is an effective treatment. “If the clinical effect is not beyond placebo, which most of the well-controlled clinical trials seem to suggest, the mechanism is irrelevant and the true mechanism is placebo,” he says.

Jana Sawynok, a pharmacologist who studies the pain-modulating effects of adenosine at Dalhousie University in Halifax, Canada, notes that caffeine blocks the adenosine receptor pinpointed in this study. Given the caffeine intake of many countries where acupuncture trials are carried out, this could be a serious confounding issue in trials, she suggests.

Nedergaard says her work may open the way to making acupuncture more effective. Her study also treated the mice with a drug called deoxycoformycin, which suppresses the breakdown of adenosine and is approved in the United States for treating some types of leukaemia. The drug prolonged the pain-relieving effects of the acupuncture treatment by more than an hour; Nedergaard is now trying to organize a trial of this strategy in humans.

References

Ernst, E. J. Pain Symptom Manage. 37, 709-714 (2009). Article
Goldman, N. et al. Nature Neurosci. doi:10.1038/nn.2562 (2010).
Clement-Jones, V. et al. Lancet 316, 946-949 (1980). Article
Bing, Z. et al. Pain 47, 71-77 (1991). Article PubMed ChemPort

Atividade sísmica e UFOs

Existe uma certa correlação temporal entre o fenômeno El Ninõ e número de UFOs reportados. Isso sugere que boa parte dos UFOs corresponde a um fenômeno natural. Por outro lado, existe uma correlação entre atividade sísmica e o El Ninõ. Finalmente, existe correlação espacial entre UFOs e sítios com falhas geológicas. Seria possível que fortes campos eletromagnéticos emitidos por rupturas sísmicas induzissem alucinações em formato de bolas e discos luminosos, conforme o artigo abaixo?

Magnetically-Induced Hallucinations Explain Ball Lighting Say Physicists

Posted: 10 May 2010 09:10 PM PDT

Powerful magnetic fields can induce hallucinations in the lab, so why not in the real world too?

Transcranial magnetic stimulation (TMS) is an extraordinary technique pioneered by neuroscientists to explore the workings of the brain. The idea is to place a human in a rapidly changing magnetic field that is powerful enough to induce currents in neurons in the brain. Then sit back and see what happens.

Since TMS was invented in the 1980s, it has become a powerful way of investigating how the brain works. Because the fields can be tightly focused, it is possible to generate currents in very specific areas of the brain to see what they do.

Focus the field in the visual cortex, for example, and the induced eddys cause the subject to ‘see’ lights that appear as discs and lines. Move the the field within the cortex and the subject sees the lights move too.

All that much is repeatable in the lab using giant superconducting magnets capable of creating fields of as much as 0.5 Tesla inside the brain.

But if this happens in the lab, then why not in the real world too, say Joseph Peer and Alexander Kendl at the University of Innsbruck in Austria. They calculate that the rapidly changing fields associated with repeated lightning strikes are powerful enough to cause a similar phenomenon in humans within 200 metres.

To be sure, this is a rare event. The strike has to be of a particular type in which there are multiple return strokes at the same point over a period of a few seconds, a phenomenon that occurs in about 1-5 per cent of strikes, say Peer and Kendl.

And the observer has to be capable of properly experiencing the phenomenon; in other words uninjured. “As a conservative estimate, roughly 1% of (otherwise unharmed) close lightning experiencers are likely to perceive transcranially induced above-threshold cortical stimuli,” say Peer and Kendl. They add that these observers need not be outside but could be otherwise safely inside buildings or even sitting in aircraft.

So what would this kind of lightning-induced transcranial stimulation look like to anybody unlucky enough to experience it? Peer and Kendl say it may well look like the type of hallucinations induced by lab-based tests, in other words luminous lines and balls that appear to float in space in front of the subject’s eyes.

It turns out, of course, that there are numerous reports of these types of observations during thunder storms. “An observer reporting this experience is likely to classify the event under the preconcepted term of “ball lightning”,” say Kendl and Peer.

That’s an interesting idea: that a large class of well-reported phenomenon may be the result of hallucinations induced by transcranial magnetic stimulation.

A difficult idea to test, to be sure, but no less interesting for it. And it raises an important question: in what other circumstances are ambient fields large enough to trigger hallucinations of one kind or another?

Ref: arxiv.org/abs/1005.1153: Transcranial Stimulability Of Phosphenes By Long Lightning Electromagnetic Pulses

Patente em avalanches neuronais


Patent application title: Neuronal Avalanche Assay

Inventors: Dietmar Plenz
Agents: NATIONAL INSTITUTE OF HEALTH;C/O Ballard Spahr Andrews & Ingersoll, LLP
Assignees: The Government of the United States of America
Origin: ATLANTA, GA US
IPC8 Class: AA61B50476FI
USPC Class: 600544

Read more: http://www.faqs.org/patents/app/20090036791#ixzz0Zh4ZicFJ

Avalanches Neuronais: novo papers que citam Kinouchi and Copelli (2006)

Spontaneous

cortical

activity in awake monkeys composed of neuronal avalanches

  1. Thomas Petermanna,
  2. Tara C. Thiagarajana,
  3. Mikhail A. Lebedevb,
  4. Miguel A. L. Nicolelisb,
  5. Dante R. Chialvoc and
  6. Dietmar Plenza,1

+

Author Affiliations


  1. aSection on Critical Brain Dynamics, National Institute of Mental Health, Bethesda, MD 20892;

  2. bDepartment of Neurobiology, Center for Neuroengineering, Duke University, Durham, NC 27710; and

  3. cDepartment of Physiology, Northwestern University, Chicago, IL 60611
  1. Edited by Eve Marder, Brandeis University, Waltham, MA, and approved July 16, 2009 (received for review April 16, 2009)

Abstract

Spontaneous neuronal activity is an important property of the cerebral cortex but its spatiotemporal organization and dynamical framework remain poorly understood. Studies in reduced systems—tissue cultures, acute slices, and anesthetized rats—show that spontaneous activity forms characteristic clusters in space and time, called neuronal avalanches. Modeling studies suggest that networks with this property are poised at a critical state that optimizes input processing, information storage, and transfer, but the relevance of avalanches for fully functional cerebral systems has been controversial. Here we show that ongoing cortical synchronization in awake rhesus monkeys carries the signature of neuronal avalanches. Negative LFP deflections (nLFPs) correlate with neuronal spiking and increase in amplitude with increases in local population spike rate and synchrony. These nLFPs form neuronal avalanches that are scale-invariant in space and time and with respect to the threshold of nLFP detection. This dimension, threshold invariance, describes a fractal organization: smaller nLFPs are embedded in clusters of larger ones without destroying the spatial and temporal scale-invariance of the dynamics. These findings suggest an organization of ongoing cortical synchronization that is scale-invariant in its three fundamental dimensions—time, space, and local neuronal group size. Such scale-invariance has ontogenetic and phylogenetic implications because it allows large increases in network capacity without a fundamental reorganization of the system.

Neuronal Avalanches Imply Maximum Dynamic Range in Cortical Networks at Criticality

Woodrow L. Shew,1 Hongdian Yang,1,2 Thomas Petermann,1 Rajarshi Roy,2 and Dietmar Plenz1

1Section on Critical Brain Dynamics, Laboratory of Systems Neuroscience, National Institute of Mental Health, Bethesda, Maryland 20892, and 2Institute for Physical Science and Technology, University of Maryland, College Park, Maryland 20742

Correspondence should be addressed to Dr. Dietmar Plenz, Section on Critical Brain Dynamics, Laboratory of Systems Neuroscience, Porter Neuroscience Research Center, National Institute of Mental Health, Room 3A-100, 35 Convent Drive, Bethesda, MD 20892. Email: [email protected]

Spontaneous neuronal activity is a ubiquitous feature of cortex. Its spatiotemporal organization reflects past input and modulates future network output. Here we study whether a particular type of spontaneous activity is generated by a network that is optimized for input processing. Neuronal avalanches are a type of spontaneousactivity observed in superficial cortical layers in vitro and in vivo with statistical properties expected from a network operating at “criticality.” Theory predicts that criticality and, therefore, neuronal avalanches are optimal for input processing, but until now, this has not been tested in experiments. Here, we use cortex slice cultures grown on planar microelectrode arrays to demonstrate that cortical networks that generate neuronal avalanches benefit from a maximized dynamic range, i.e., the ability to respond to the greatest range of stimuli. By changing the ratio of excitation and inhibition in the cultures, we derive a network tuning curve for stimulus processing as a function of distance from criticality in agreement with predictions from our simulations. Our findings suggest that in the cortex, (1) balanced excitation and inhibition establishes criticality, which maximizes the range of inputs that can be processed, and (2) spontaneous activity and input processing are unified in the context of critical phenomena.


Received Aug. 6, 2009; revised Sept. 28, 2009; accepted Oct. 30, 2009.

Avalanches Neuronais

Para Ariadne e Sandro Reia: A parte da discussão no artigo:

Neuronal Avalanches in Neocortical Circuits

John M. Beggs and Dietmar Plenz

The Journal of Neuroscience, December 3, 2003, 23(35):11167-11177


Discussion
 Top
 Abstract
 Introduction
 Materials and Methods
 Results
 Discussion
 References
Three distinct modes of correlated population activity have been experimentally identified in cortex in vivo: oscillations,synchrony, and waves (for review, see Singer and Gray, 1995Go; Engel et al., 2001Go; Ermentrout and Kleinfeld, 2001Go). These network modes have also been described in cortical networks in vitro [e.g., {gamma}-oscillations (Plenz and Kitai, 1996Go), synchrony (Kamioka et al., 1996Go), and waves (Nakagami et al., 1996Go)].

In the present study, we identified a new mode of spontaneous activity in cortical networks from organotypic cultures andacute slices: the neuronal avalanche. Neuronal avalanches were characterized by three distinct findings: (1) Propagation of synchronized LFP activity was described by a power law. (2) The slope of this power law, as well as the branching parameter, indicate that the mechanism underlying theseavalanches is a critical branching process. (3) Our network simulations and pharmacological experiments suggest that a critical branching process optimizes information transmission while preserving stability in cortical networks.

The analysis presented here focuses exclusively on the propagation of sharp (<20> commonly observed in slice cultures (Jimbo and Robinson, 2000Go) or evoked extracellular potentials in acute slices. Current source density analysis in combination with optical recordings has demonstrated that sharp, negative LFPs peaks are indicative of synchronized population spikes (Plenz and Aertsen, 1993Go).Similarly, cortical LFPs in vivo are closely correlated with single spike cross-correlations of local neuronal populations (Arieli, 1992Go). Thus, negative LFP peaks in the present study might represent synchronized action potentials from local neuronal populations. This is supported by computer simulations of the neuron-electrode junction of planar microelectrode arrays, which demonstrate that sharp, negative LFPs originate from synchronizedaction potentials from neurons within the vicinity of the electrode (Bove et al., 1996Go). Therefore, our results might be specifically applicable to the propagation of synchronized action potentials in the form of neuronal avalanches through the network, and the power law of -3/2 provides the statistical framework for transmitting information through the cortical network in form of locally synchronized action potential volleys.

Other authors who have studied propagation of synchronized action potentials in neural networks have concluded that precise patterns of activity could travel through several synaptic stages without much attenuation (Abeles, 1992Go; Aertsen et al., 1996Go; Reyes, 2003Go). The concept of a critical branching process does not necessarily conflict with this view, but does place constraints on the distance that activity could propagate when it is traveling in avalanche form. Although it is natural to think that a critical branching parameter of 1 will produce a sequence of neural activity in which one neuron activates only one other neuron at every time step, this is not the case. Because the branching parameter reflects a statistical average, it gives only the expected number of descendants after many branching events, not the exact number at every event. Thus, a single neuron might activate more than one other neuron on some occasions, whereas on others it may activate none. In fact, the most common outcome in the critical state will be that no other neurons are activated. The resulting events generated by this system will contain many short avalanches, some medium-sized avalanches, and very few large avalanches.

Neuronal avalanches in the context of self-organized criticality
The spontaneous activity observed in the present study remarkably fulfills several requirements of physical theory developed to describe avalanche propagation. Tremendous attention in physics has been given recently to the concept of self-organized criticality, a phenomenon observed in sandpile models for avalanches (Paczuski et al., 1996Go), earthquakes (Gutenberg and Richter, 1956Go), and forest fires (Malamud et al., 1998Go). In brief, this theory states that many systems of interconnected, nonlinear elements evolve over time into a critical state in which avalanche or event sizes are scale-free and can be characterized by a power law. This process of evolution takes place without any external instructive signal; it is an emergent property of the system. In addition, many of these systems are modeled as branching processes.

The neuronal activity discussed here has numerous points of contact with this body of theory: (1) All cortical networks displayed power law distributions of avalanche sizes. (2) The cortical networks in the cultures arrived at this state without any external instructive signal. (3) The slope of the power law for avalanche sizes and for avalanche life times, as well as the experimentally obtained values of {sigma} all indicate that the avalanches can be accurately modeled as a critical branching process. For these reasons, the activity observed in the cortical networks should be considered as neuronalavalanches.

Neuronal avalanches as a new mode of network activity
Although some power law statistics have been observed before in the temporal domain of neuronal activity [e.g., time series of ion channel fluctuations (Toib et al., 1998Go), transmitter secretion (Lowen et al., 1997Go), interevent times of neuronal bursts (Segev et al., 2002Go), and EEG time series in humans (Linkenkaer-Hansen et al., 2001Go; Worrell et al., 2002Go)] our results go beyond the phenomenological description of a power law only. We provide two independent approaches to understanding neuronal propagation in cortical networks (unique exponent of -3/2 and critical branchingparameter) that lead to a statistical description of neuronal propagation that can be viewed in the framework of information processing. To our knowledge, no previous evidence has been presented for the existence of a critical branching process operating in the spatiotemporal dynamics of a living neural network.

The power law in the present study basically says that the number of avalanches observed in the data scales with the size of the avalanche, raised to the -1.5 power. This allows for a prediction of very large avalanches. They are a natural consequence of the local rule for optimized propagation, and are expected to occur even in normal (i.e., nonepileptic) networks, and are not particularly rare. For example, in a network with ~10,000avalanches/hr that engage just one electrode, at least 21 avalanches will occur every hour that will encompass exactly all 60 electrodes. Thus, on average, activity on every electrode will be correlated with every other electrode in the network at least once every 3 min.

The neuronal avalanches described here are profoundly different from previously observed modes of network operation. As shown by the correlograms, activity in the cortical networks was not periodic or oscillatory within the duration of maximal avalanche lifetimes. In addition, the contiguity index revealed that activity at one electrode most often skipped over the nearest neighbors, indicating that propagation was not wave-like. Finally, although the spontaneous activity did display notable synchrony at relatively long time scales, the avalanches that we describe here actuallyoccurred within such synchronous epochs at a much shorter time scale (<100>avalanches themselves did not display synchrony, regardless of the threshold level, IED, or number of electrodes used to obtain the data. These are compelling reasons for neuronalavalanches to be considered a new mode of network activity.

Features of the critical state
It should be noted that the branching parameter used to characterize the critical state is a statistical measure and does not say anything about the specific biological processes that could produce a particular value of {sigma}. There are several mechanisms operative in cortical networks that are likely to influence {sigma}: the degree of fan-in or fan-out of excitatory connections, the degree of fan-in or fan-out of inhibitory connections, the ratio of inhibitory synaptic drive to excitatory drive, the timing of inhibitory responses relative to excitatory responses, and the amount of adaptation seen in both excitatory and inhibitoryneurons, to name a few. To clearly distinguish the specific role each of these mechanisms would play in the branching process will be the subject of future experiments.

Previous theoretical work has discussed the importance of a balance between excitation and inhibition in network dynamics (Van Vreeswijk and Sompolinsky, 1996Go; Shadlen and Newsome, 1998Go). This balance has been implicated in proportional amplification in cortical networks (Douglas et al., 1995Go) as well as in the maintenance of cortical up states (Shu et al., 2003Go). Here, we extend the idea of balance by using the branching parameter, a concept that allows us to explore information transmission at the network level. Although a branching parameter well below unity would confer stability on a network, the simulations suggest that this stability would come at the rather severe price of greatly reduced information transmission. In contrast, a branching parameter hovering near unity would optimize information transmission, but at the risk of losing stability every time the network became supercritical. Although these neural network simulations are vastly oversimplified representations of the dynamics that occur in cortical networksin vivo, they may nonetheless offer some insight as to why the cerebral cortex is so often at risk for developing epilepsy. In fact, our experimental results demonstrate that removal of inhibition to increase propagation in the neuronal network to obtain a power law with slope {alpha} > -1.5 results in epileptic activity. The competing demands of stability and information transmission may both be satisfied in a network whose branching parameter is at or slightly below the critical value of 1. Thus, calculating the power law exponent and/or branching parameter might offer quantitative means to evaluatethe efficacy of cortical networks to transmit information.

Mentes brilhantes se apagam mais cedo



BBC-Dangerous Knowledge (Part 1-10)
From: DorianDawn | 31 de julho de 2008 | 47076 exibições
In this one-off documentary, David Malone looks at four brilliant mathematicians – Georg Cantor, Ludwig Boltzmann, Kurt Gödel and Alan Turing – whose genius has profoundly affected us, but which tragically drove them insane and eventually led to them all committing suicide.

The film begins with Georg Cantor, the great mathematician whose work proved to be the foundation for much of the 20th-century mathematics. He believed he was God’s messenger and was eventually driven insane trying to prove his theories of infinity.