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Usando o cérebro para entender o próprio cérebro: um novo tipo de modelo teórico para descrever nossa atividade cerebral

Em 1952 os pesquisadores Alan Lloyd Hodgkin e Andrew Huxley (foto na Fig. 1) desenvolveram um modelo matemático baseado em circuitos elétricos com capacitores e resistores para  descrever os sinais elétricos medidos em um experimento eletrofisiológico no neurônio da lula. O objetivo do estudo era encontrar uma equação matemática que descrevesse da melhor maneira possível o comportamento do potencial elétrico dentro da célula nervosa ao longo do tempo. Na Fig. 1 podemos comparar um gráfico com a curva do potencial em função do tempo medida experimentalmente em um neurônio real e a curva obtida através das equações propostas por Hodgkin e Huxley. A semelhança entre as curvas teóricas e experimental permitem que usemos o modelo de Hodgkin e Huxley como um bom modelo para descrever o neurônio e garantiu que em 1963 eles recebessem o prêmio Nobel em Fisiologia ou Medicina por este trabalho.

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Figura 1: Esquerda: Os pesquisadores Hodgkin e Huxley medindo a atividade elétrica de neurônios no laboratório (imagem modificada deste site). Direita no topo: potencial de membrana da célula nervosa em função do tempo obtido através do experimento e abaixo curva similar obtida com o modelo teórico proposto por eles.

Diversos modelos em física biológica foram desenvolvidos seguindo uma receita parecida. Temos algumas medidas experimentais, gráficos que representam como certas grandezas variam no tempo, e procuramos uma equação matemática que descreva bem aquela curva. Em especial tentamos comparar cada parâmetro da equação com algum componente do mundo real. E com isso, é possível fazer predições teóricas que possam ser testadas experimentalmente. Por exemplo, na equação que descreve o modelo de Hodgkin e Huxley o potencial de membrana do neurônio depende de um somatório de correntes iônicas de sódio e potássio que atravessam a membrana celular. Então, podemos usar o modelo para fazer uma predição. Por exemplo, o que acontece se bloquearmos a entrada de sódio na célula? Se anularmos o termo da corrente de sódio na equação do modelo obteremos uma nova curva do potencial em função do tempo. Se agora refizermos o experimento, bloqueando a corrente sódio através do neurônio, podemos comparar se a curva experimental ainda se parece com a curva teórica. Em caso afirmativo, nosso modelo continua sendo considerado um bom modelo mesmo nessa nova condição (sem sódio) e podemos seguir fazendo novas previsões.
Desde os anos 50, diversos modelos biológicos foram desenvolvidos para descrever a atividade elétrica de neurônios de diversos tipos, sinapses, grupos de  neurônios, regiões corticais, tálamo, hipocampo, etc. Em particular, um tipo de modelo chamado neural mass (massa neural em tradução livre) usa poucas equações diferenciais para descrever a atividade oscilatória de regiões corticais formada por milhares de neurônios. Conectando várias dessas regiões é possível representar a atividade elétrica do cérebro como um todo. Na Fig. 2 podemos ver um exemplo de cérebro em que cada região está sendo representada por um nó da rede e está conectada a várias outras regiões.

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Figura 2: Representação do cérebro como uma rede complexa. Cada bolinha representa umaregiao e os links as conexões sinápticas entre estas regiões. Modificada das referências [1] e [2].

Recentemente, um estudo liderado pela pesquisadora alemã Petra Ritter* [1] deu um passo importante no desenvolvimento de um modelo matemático que busca descrever a atividade  cerebral como um todo. A grande novidade deste trabalho foi a inclusão de medidas experimentais como parte do modelo teórico (ver Fig. 3A). Pessoas saudáveis que se voluntariaram para participar nas pesquisas tiveram a atividade do seu cérebro gravada simultaneamente através de dois métodos bastante utilizado em neurociência: eletroencefalograma (EEG) e ressonância magnética funcional (fMRI). As curvas azuis e pretas na Fig. 3B mostram o sinal obtido com EEG (filtrado para uma certa componente de frequência) e com fMRI. Assim como no exemplo do neurônio, em que queríamos um modelo que reproduzisse a curva do potencial elétrico no tempo (ver Fig. 1), aqui queremos um modelo que reproduza a curva experimental preta. E de fato, o grupo mostrou que incluindo o dados de EEG como um dos termos do modelo chamado neural mass eles conseguem obter a curva vermelha: bastante similar a curva preta! Na Fig. 3C podemos ver que outros modelos (que não levam em conta o EEG) não reproduzem tão bem a curva experimental.

Esta nova abordagem abre inúmeras possibilidades para combinar dados experimentais com modelos teóricos na busca de entender melhor a atividade cerebral. No futuro, este tipo de modelo híbrido poderá ser útil, por exemplo, para predizer certas atividades que só poderiam ser medidas de maneira invasiva (através de cirurgias e implante de eletrodos intracranianos) utilizando apenas o EEG dos pacientes. Além disso, será possível fazer novas predições e testes sobre os mecanismos responsáveis por determinados tipos de atividades cerebrais. Com este método, também poderá ser possível caracterizar particularidades de cada indivíduo, o que pode vir a ser útil no tratamento de doenças em pacientes que são mais vulneráveis que a média.

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Figura 3: A) Sinal de EEG(esquerda) utilizado no modelo híbrido (centro) para predizer o sinal obtido com a ressonância magnética (direita). B) Série temporal com um exemplo do sinal de EEG (azul), sinal obtido com o fMRI (preto)  medido simultaneamente ao EEG e resultado obtido utilizando o modelos híbrido (vermelho) de neural mass e EEG. C) Comparando o fMRI experimental com o modelo híbrido e outros modelos.  Modificada da referência [1].

Referências

[1] Schirner, M., McIntosh, A. R., Jirsa, V., Deco, G., & Ritter, P. (2018). Inferring multi-scale neural mechanisms with brain network modelling. Elife, 7, e28927.

Nota da autora: essa revista (Elife) torna público o comentário dos revisores que recomendaram a publicação do artigo e a resposta dos autores. Vale a pena dar uma lida nos pontos levantados pelos especialistas da área e nas respostas dos autores!

[2] Deco, G., Kringelbach, M. L., Jirsa, V. K., & Ritter, P. (2017). The dynamics of resting fluctuations in the brain: metastability and its dynamical cortical core. Scientific reports, 7(1), 3095.

*Petra Ritter é médica, terminou o doutorado em 2004, é a pesquisadora chefe do grupo Berlin Neuroimaging Center e em 2007 recebeu o prêmio Unesco-L’Óreal para jovens cientistas e mães. Saiba mais sobre ela aqui ou aqui.

Para ler mais sobre o modelo de Hodgkin e Huxley, sobre EEG e fMRI é só clicar.

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Ser mãe e cientista: o que está por trás disso?

Aceitar a maternidade sem julgamentos e estimular a pesquisadora mãe, um combo que requer mais investimentos por parte da sociedade.

A psicóloga Wendy M. Williams é professora no Departamento de Desenvolvimento Humano na Universidade Cornell, nos Estados Unidos, onde fundou e dirige o Instituto Cornell para Mulheres na Ciência. É de autoria dela e do professor Stephen J. Ceci, também do mesmo Departamento, um breve artigo de 2012 publicado na revista American Scientist: “When scientists choose motherhood” (“Quando as cientistas escolhem a maternidade”, na tradução para o português).

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Ciência e maternidade: a engenheira industrial Lillian Gilbreth, que também foi estudiosa da psicologia aplicada ao trabalho, em momento de trabalho e família com os filhos na casa de Rhode Island, em 1916.

No texto, eles enumeram os motivos que geralmente são mencionados nas explicações sobre a escassez de pesquisadoras, a nível internacional, em áreas como a matemática, física e química e em posições de destaque dentro do universo acadêmico. Um complexo sistema de opressões e questões negligenciadas está por trás disso: o chamado “teto de vidro” da Academia, que já rendeu texto para as Cientistas Feministas. O artigo da American Scientist ressalta a importância de se discutir e reconhecer a maternidade como um elemento que contribui para a sub-representação feminina dentro da ciência. A culpa não é da maternidade, claro, mas de fatores históricos e sociais que acompanham esse momento.

Segundo os autores, é quando a cientista “decide ser mãe que os problemas reais começam”, e as crianças parecem não afetar a vida profissional dos pais tanto quanto afetam a das mães. É mais comum encontrar pesquisadores heterossexuais com esposas que ficam em casa ou que têm empregos mais flexíveis que as permitem permanecer em casa com os filhos, enquanto os maridos estão mais livres para focar no trabalho. O cenário contrário (mulheres cujos maridos ficam mais em casa) acontece em menor grau, de acordo com o artigo.

O contexto histórico é muito importante aqui, já já iremos falar dele. Escrito por autores norte-americanos, o artigo menciona bastante um sistema de cargos que existe nos Estados Unidos e no Canadá que é similar a um período probatório para cientistas, o famoso “tenure-track”. Ao longo desse estágio probatório, ela ou ele precisa acumular experiências (bolsas, prêmios, artigos e aulas ministradas, por exemplo) para apresentá-las num portfólio impecável ao final de mais ou menos seis anos. No outro lado do arco-íris, geralmente, está o emprego estável, bem remunerado e de prestígio, como o cargo de professor dentro da universidade. No Brasil, podemos dizer que temos um equivalente, que é o cargo de professor titular.

Pois bem, mas qual é o problema? O sistema “tenure”, de acordo com Williams e Ceci, abrange a idade dos 27 aos 35+, momento em que muitas mulheres expressam desejo por ser mãe e acabam tendo o primeiro filho. Como disse acima, a história é importantíssima. Vejam o que os autores escrevem: “O sistema ‘tenure’ foi criado numa época em que poucas mulheres trabalhavam fora de casa e quando a criação dos filhos era assumida como sendo responsabilidade da mulher. Então, ele foi desenhado para pessoas sem muitas responsabilidades significativas com o trabalho doméstico ou o cuidado com os filhos. De fato, muitos professores jovens não eram homens casados e esperava-se que eles vivessem em residências dentro da universidade. Muito mudou desde então, mas o sistema ‘tenure’ continuou mais do mesmo”.

Se as relações e papéis sociais felizmente mudam com o tempo, a sociedade deveria acompanhar essas mudanças em vez de ficar presa em valores do passado. Ou, pior: apoiar medidas contra a desigualdade de gênero, mas não fazer efetivamente nada ou fazer muito pouco para mudar as estruturas dominantes. Na luta contra as desigualdades de gênero, há que se prestar atenção na sociedade que fundamentou uma determinada estrutura e é urgente reescrever linhas e entrelinhas para que tudo fique explícito e claro, sem nada a esconder em letras miúdas.

Voltando ao artigo, os autores, ao final, traçam o percurso dos caminhos possíveis que poderiam ser adotados pelas universidades para lidar com essa questão que desestimula as cientistas a persistirem na carreira científica ou, até mesmo, a desistirem de ser mães. A resposta parece passar pela compreensão a respeito do tempo da mulher, já que uma das medidas cabíveis é aumentar o período de tenure-track para elas, reconhecendo o espaço que a maternidade ocupa na vida de muitas.

Como vimos no primeiro texto sobre maternidade e ciência publicado aqui no CsFs, a trajetória de uma pesquisadora brasileira após a graduação envolve, geralmente, mestrado, doutorado e pós-doutorado. É apenas após o pós-doc que a maioria das cientistas consegue uma posição mais estável dentro das universidades brasileiras. Para muitas, numa idade que tende a ser a primeira metade dos 30 anos, como mostrou a pesquisa do grupo Parent in Science, isso significa o início da consolidação da carreira acadêmica. E também, para muitas, a época de tornar-se mãe. Em dezembro de 2017, o governo brasileiro sancionou a Lei 13.536, que “permite a prorrogação dos prazos de vigência das bolsas de estudo concedidas por agências de fomento à pesquisa nos casos de maternidade e de adoção” por até 120 dias. No entanto, no Brasil, ainda faltam oportunidades de bolsa que compreendam a maternidade como um todo e o período da licença-maternidade.

Para escrever este artigo, li também a pesquisa de mestrado de Ana Maria Urpia, mestre em psicologia pela UFBA: “Tornar-se mãe no contexto acadêmico: narrativas de um self participante”. E, aqui, abro um parênteses de desabafo. Em todo o momento da leitura, uma pergunta incômoda atravessava a minha cabeça: por mais que muitos avanços tenham sido feitos e que a generalização não caiba dentro deste comentário, até quando veremos homens omissos e pouco pró-ativos nos quesitos compartilhar igualmente tarefas domésticas, cuidar dos filhos e arcar com a carga mental que provém do gerenciamento dessas tarefas?

Reconhecendo que, em nossa cultura, “as responsabilidades dos cuidados parentais” ainda recaem majoritariamente sobre as mulheres, Urpia buscou entender o que acontece quando estudantes universitárias jovens, de 19 a 25 anos, acabam virando mães e têm que conciliar a transição para a fase adulta com a maternidade e a vida acadêmica. Com a descoberta da gravidez, geralmente ocorre a interrupção de estudos, sonhos, projetos e até relacionamentos. A pesquisadora afirma que “a narrativa de vida construída pelas mães-estudantes revela-se como uma espécie de balanço prospectivo, ‘apresentando o estado de relação com o possível e buscando, no reconhecimento do passado, pontos de referência para o futuro’”. Nos relatos do estudo, aparece muito o discurso das estudantes que se veem “lançadas para frente graças à necessidade de responsabilizar-se por uma outra vida e ao desejo de verem-se qualificadas para o mercado de trabalho”. Elas estão, conforme a pesquisa explica, orientadas por um futuro em que existe um “projeto de si mesmo”, onde poderão retomar o que foi deixado lá atrás. Além de ser um referencial teórico riquíssimo que pode orientar políticas dentro das universidades a favor das estudantes mães, a pesquisa também dialoga com as dificuldades enfrentadas pelas jovens pesquisadoras mães adultas. Até quando a maternidade será vista como interrupção e não como uma fase da vida que precisa ser integrada? Até quando a vida dessas mães precisará ser escrita APESAR da maternidade e não COM a maternidade? Gostaríamos de ter mais respostas para essas dúvidas.

Fontes:

Dissertação de Ana Maria Urpia | “Tornar-se mãe no contexto acadêmico: narrativas de um self participante”

Gênero e número – Edição Mulheres na ciência, com foco especial em maternidade

Vamos falar de raça e classe na ciência: https://cientistasfeministas.wordpress.com/2018/04/06/vamos-falar-de-raca-e-classe-na-ciencia/

Is Motherhood the Biggest Reason For Academia’s Gender Imbalance?: http://science.sciencemag.org/content/335/6072/1030

When scientists choose motherhood: https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC3939045/

Career gaps: maternity muddle – https://www.nature.com/nature/journal/v509/n7500/full/nj7500-389a.html

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Aqui só entram matemáticas

Como a Escola de Matemática de Berlim incentiva as alunas a buscar carreira e fazer pesquisa na área, visando um ambiente mais acolhedor.

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Horário do almoço do dia 10 de novembro. No terceiro andar do prédio 17, na rua An der Urania, em Berlim, a sala Curie acolhe um encontro entre oito matemáticas, com mestrandas, doutorandas, pós-doutorandas e professoras. Uma pesquisadora era interrogada e participava de um bate-papo informal. Ali, uma vez a cada semestre letivo, apenas mulheres entram. A reunião, organizada pela Escola Matemática de Berlim (BMS), tem como nome Kovalevskaya Lunch (Almoço Kovalevskaya, em português), em homenagem à matemática russa Sofia Kovalevskaya (1850-1891). Primeira mulher a assumir o cargo de professora numa universidade europeia em pleno século XIX, ela é reconhecida por diversos trabalhos e iniciativas. Os estudos com equações diferenciais parciais e a luta para estudar matemática numa época em que quase todas as universidades da Europa só aceitavam homens são só alguns exemplos.

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Sofia Kovalevskaya, a matemática russa que foi a inspiração para o nome do almoço. (Imagem retirada da Wikipedia)

A convidada do dia 10 é Ilaria Perugia, pesquisadora da Universidade de Viena, e a pauta principal do almoço gira em torno das oportunidades, vitórias e desafios vivenciados pela cientista em sua trajetória acadêmica. Ela estuda, entre outros campos, métodos de Galerkin descontínuos, eletromagnetismo computacional e problemas de propagação de onda. Alguns dias depois do encontro, uma matemática que participou disse em entrevista: “A palestra dela foi muito boa; sou de um campo da matemática que está distante do dela. Geralmente, quando os campos são distantes na área, é difícil entender um ao outro. Ela transferiu uma mensagem que compreendi”.

Se os próprios matemáticos podem não entender as especificidades um do outro, fiquei tranquila. Os assuntos do almoço, no entanto, são comuns a muitas mulheres pelo mundo e, portanto, fáceis de acompanhar. Como deixar o ambiente acadêmico mais acolhedor numa área que é conhecida por ser bastante masculina? O objetivo do encontro é este: criar um local em que as pesquisadoras possam se conectar e se ouvir, compartilhar suas experiências e construir uma rede de apoio, tanto pessoal como profissional.

Segundo Ilaria, é comum observar poucas mulheres em algumas comunidades matemáticas de certos países. Além disso, há quase sempre poucas mulheres no nível de professor universitário. Na Alemanha, esse cargo de professor é considerado o mais difícil de se alcançar: oferece menos vagas, mas garante mais estabilidade do que cargos temporários, como as bolsas de mestrado, doutorado e pós-doutorado. A pesquisadora frisa que o fato de haver poucas mulheres pode dar a impressão de que a matemática é um trabalho para homens, o que pode desencorajar jovens pesquisadoras a ir atrás de uma carreira acadêmica na área.

“Esta iniciativa da BMS ajuda a dar uma imagem mais ampla e a conscientizar as pessoas de que não é esse o caso. Compartilhar experiências durante a discussão informal pode ressaltar que algumas dificuldades podem ser superadas ou que um ponto de vista diferente pode ser adotado. O “modelo masculino” que geralmente temos em mente para o nosso trabalho não é o único possível. O networking é outro aspecto extremamente importante e acredito que a oportunidade de se conhecer colegas também por um ponto de vista pessoal ajuda na promoção de conexões”, afirma.

“Mas o encontro é só para as alunas?”

Gerente de diversidade e relações públicas da BMS, Tanja Fagel menciona que já foi parada por alunos homens que gostariam de participar do almoço. Nestes casos, ela sugere uma inversão de realidade: “Imagine se você fosse o único homem numa área em que só há mulheres. Por favor, fique contente por existir esta iniciativa para nossas alunas!”, diz. O almoço é restrito às cientistas, mas, para o colóquio que acontece depois, todos estão convidados. Este ocorre algumas vezes ao longo do semestre letivo e, em um deles, uma pesquisadora é convidada para o almoço.

A estudante Luzie, de 23 anos, que está fazendo mestrado na BMS, compareceu pela primeira vez. “O encontro é muito útil porque, na realidade, você tem alguém com quem se relacionar. Há outras pessoas ali que estão na mesma posição que você”, explica. “Eu vim para obter perspectivas diferentes e para aprender. Eu não sei o que quero fazer no meu doutorado. Eu quero muito continuar na pesquisa, mas sei que não é muito fácil dentro da Alemanha em relação a posições permanentes, como a de professor”.

Já a doutoranda Nevena Palic, também da BMS, conta que já foi em torno de seis vezes. “Cada semestre há uma mulher diferente, com uma história diferente e o jeito como ela alcançou aquilo também é diferente. É bom ouvir de alguém que está numa posição em que eu gostaria de estar daqui a cinco, dez ou 20 anos. É uma questão de ouvir os problemas que ela teve, como ela lidou com tudo e o que aconteceu na vida dela para que ela abrisse a porta de se tornar uma matemática de sucesso, mãe, esposa ou seja lá o que ela é na vida dela”, detalha.

 

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O site da BMS disponibiliza, em inglês, uma lista com todas as matemáticas que já foram convidadas para o almoço. (Imagem: reprodução do site da BMS)

Ainda de acordo com Nevena, o networking é relevante, assim como a sensação de pertencimento. “Não é apenas um momento bom, faz parte de eu perceber que eu pertenço a essa comunidade. É sobre perceber que, as questões que eu tenho, alguém também tem. É necessário conhecer pessoas, fazer colaborações. O almoço nos ajuda a estabelecer conexões umas com as outras, mas não é o único jeito pelo qual fazemos isso”, explica.

Uma breve comparação com o Brasil

Em números, Alemanha e Brasil não estão muito distantes quando se trata de mulheres em cargos de liderança ou posições de prestígio na área de pesquisa. Primeiro, ao olharmos no nível de graduação, no semestre letivo de 2016 para 2017, 73,6 mil alunos aplicaram para matemática em cursos pela Alemanha. Destes, 33,9 mil eram mulheres, ou seja, próximo de 50%. No entanto, no total de acadêmicos na posição de professor, considerando todas as áreas do conhecimento, as mulheres estavam em apenas 23,4% em 2016. Os dados são do Escritório Federal de Estatística Alemão, o Destatis.

No Brasil, em 2015, segundo dados do CNPq, 306 mulheres obtiveram bolsas 1A de produtividade em pesquisa – uma das mais altas bolsas concedidas pelo CNPq, abaixo apenas da bolsa sênior -, contra 938 homens. Considerando a grande área Ciências Exatas e da Terra, na qual matemática se encaixa, 7.219 mulheres receberam bolsas de diferentes níveis nessa área, enquanto os homens estão em 13.784. Na distribuição de pesquisadores por sexo segundo a condição de liderança, o número é um pouco mais animador: em 2016, 17.326 pesquisadores foram registrados como líderes, fazendo frente às 15.092 pesquisadoras líderes.

A matemática Diana Sasaki, da Universidade do Estado do Rio de Janeiro (Uerj), uma das vencedoras do prêmio L’oréal-Unesco-ABC Para mulheres na ciência de 2017, acredita que a mulher ainda precisa conquistar mais espaço na área. A premiação, em suas palavras, é importante para o avanço da pesquisa brasileira e veio para fortalecer a carreira e contar positivamente em futuras candidaturas. “Eu tive muitos colegas homens no laboratório que estive durante a minha pós-graduação e graduação. Fui me acostumando com estes ambientes. Para mim, agora, é natural.”