Isso pode mudar em breve. Como os investigadores de Stanford relatam a 12 de Dezembro em Luz: Ciência e Aplicações, eles desenvolveram uma forma de ver células cerebrais a enviar sinais eléctricos usando apenas luz, algumas lentes e outros elementos ópticos, e uma câmara de vídeo rápida.

A chave para a nova abordagem, disse Daniel Palanker, um professor de oftalmologia e autor sénior do novo artigo, é que quando os neurónios disparam sinais eléctricos eles mudam subtilmente de forma. Essa mudança em escala nanométrica pode ser medida usando técnicas ópticas.

Até agora, Palanker, Tong Ling, um colega de pós-doutorado e o autor principal do novo trabalho, e colegas mediram essas minúsculas mudanças de forma em redes de células semelhantes a neurônios em um prato de laboratório. Eles agora estão adaptando seus métodos para estudar os neurônios no cérebro dos animais vivos. Se isso funcionar, pode levar a uma forma mais natural de estudar pelo menos algumas partes do cérebro.

“É tudo natural, sem marcadores químicos, sem eléctrodos, nada. São apenas células como elas são”, disse Palanker, que é membro da Stanford Bio-X e do Instituto Wu Tsai de Neurociências.

A forma das coisas

Muita coisa acontece quando os neurônios disparam. Há, claro, o próprio sinal elétrico, que pode ser captado por eletrodos. Há também mudanças químicas, que podem ser detectadas usando moléculas fluorescentes que se acendem quando um neurônio dispara.

E depois há a forma. Os pesquisadores primeiro perceberam que os neurônios mudam de forma ao estudar os neurônios de lagostim há mais de 40 anos. Em 1977, uma equipe de pesquisadores de Stanford e da UCSF disparou um laser de um neurônio de crayfish enquanto ele disparava e mostrou que sua largura mudou aproximadamente pela espessura de um fio de DNA humano.

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Sigindo esses resultados para uma forma de observar opticamente os neurônios disparando em cérebros humanos ou de outros mamíferos, enfrentou uma série de desafios. Por um lado, os neurônios de lagostim são 10 a 100 vezes mais espessos que os neurônios de mamíferos. Por outro, a técnica que o grupo original usou — uma forma simples do que se chama interferometria — só pode medir mudanças em um único ponto de cada vez, o que significa que poderia ser usada para estudar apenas uma pequena área de uma célula de cada vez, ao invés de imaginar a célula inteira ou mesmo uma rede de neurônios comunicando-se uns com os outros no cérebro.

Ling, Palanker e a equipe argumentaram que poderiam usar a técnica para medir a quantidade de neurônios que mudam de forma quando disparam. Para testar a idéia, eles criaram uma rede de células semelhantes a neurônios em uma placa de vidro e usaram uma câmera de vídeo para gravar o que aconteceu quando as células – na verdade células derivadas de rins modificadas para se comportar mais como neurônios – dispararam. Ao sincronizar o vídeo com gravações elétricas e fazer uma média de vários milhares de exemplos, a equipe criou um modelo que descreve como as células se movem quando disparam: ao longo de cerca de quatro milissegundos, a espessura da célula aumenta cerca de três nanômetros, uma mudança de cerca de centésimos de 1%. Uma vez atingida a espessura máxima, a célula leva cerca de outro décimo de segundo para encolher.

Vendo as células cerebrais a trabalhar

Na fase inicial da experiência, a equipa precisou de eléctrodos para descobrir quando as células dispararam. Na segunda fase, os membros da equipe mostraram que poderiam usar seu modelo para procurar e identificar o disparo das células sem depender de eletrodos.

Pouco, há uma série de passos a serem tomados antes que a equipe possa fazer o método funcionar em cérebros reais. Primeiro, a equipe precisará fazer a técnica funcionar em neurônios reais, ao contrário das células semelhantes a neurônios que eles observaram até agora. “Os neurônios são mais finos”, disse Palanker, mas a equipe já começou a experimentar com eles.

Um segundo desafio é que os neurônios em cérebros reais não estão dispostos em uma única camada em uma placa de vidro, assim como as células estudadas pelo laboratório de Palanker. Em particular, a equipe não consegue brilhar lasers através do cérebro e espera ver muito de qualquer coisa sair pelo outro lado, muito menos dados úteis. Felizmente, Palanker disse, as técnicas que eles usaram com luz transmitida funcionam de forma semelhante em luz refletida, e a maioria dos neurônios refletem luz suficiente para que a abordagem deveria em teoria funcionar.

Há uma limitação que a equipe provavelmente não será capaz de contornar — já que a luz não penetra profundamente no cérebro, o novo método só será capaz de sondar as camadas externas. Ainda assim, para projetos que só precisam estudar essas camadas, a técnica poderia dar aos pesquisadores uma maneira mais limpa e simples de estudar o cérebro.

“Normalmente, métodos invasivos afetam o que as células fazem, tornando as medições menos confiáveis”, disse Palanker. “Aqui não se faz nada às células. Basicamente, você só as observa se movendo”.”