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Quantos neurônios temos em nosso antebraço?

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Estou desenvolvendo uma interface neural, recebendo sinais do antebraço e mapeando-os para gestos com as mãos. A questão que temos no momento é qual é o limite superior da largura de banda de informação que poderíamos atingir, ou seja, se projetássemos um eletrodo tão pequeno que pudéssemos ouvir cada neurônio no antebraço, quantos neurônios poderíamos ouvir para?


Como obtemos tantos tipos diferentes de neurônios em nosso cérebro?

Pesquisadores da SMU (Southern Methodist University) descobriram outra camada de complexidade na expressão gênica, que pode ajudar a explicar como somos capazes de ter tantos bilhões de neurônios em nosso cérebro.

Os neurônios são células dentro do cérebro e do sistema nervoso responsáveis ​​por tudo o que fazemos, pensamos ou sentimos. Eles usam impulsos elétricos e sinais químicos para enviar informações entre diferentes áreas do cérebro e entre o cérebro e o resto do sistema nervoso, para dizer ao nosso corpo o que fazer. Os humanos têm aproximadamente 86 bilhões de neurônios no cérebro que nos direcionam a fazer coisas como levantar um braço ou lembrar um nome.

No entanto, apenas alguns milhares de genes são responsáveis ​​pela criação desses neurônios.

Todas as células do sistema nervoso humano possuem a mesma informação genética. Mas, em última análise, os genes são "ligados" ou "desligados" como um interruptor de luz para dar aos neurônios funções e funções específicas.

Entender o mecanismo de como um gene é ou não ativado - o processo conhecido como expressão gênica - poderia ajudar a explicar como tantos neurônios são desenvolvidos em humanos e outros mamíferos.

"Estudos como este mostram como, por combinações únicas de genes específicos, você pode fazer diferentes neurônios específicos", disse Adam D. Norris, co-autor do novo estudo e Floyd B. James Professor Assistente do Departamento de Ciências Biológicas da SMU . "Então, no futuro, isso poderia nos ajudar a explicar: Nº 1, como nosso cérebro obteve esse complexo? E Nº 2, como podemos imitar a natureza e fazer qualquer tipo de neurônio que possamos estar interessados ​​em seguir essas regras?"

Os cientistas já descobriram parte do quebra-cabeça da expressão gênica, pois estudos anteriores mostraram que proteínas chamadas fatores de transcrição desempenham um papel fundamental em ajudar a ativar ou desativar genes específicos ao se ligar ao DNA próximo.

Também se sabe que um processo chamado splicing de RNA, que é controlado por proteínas de ligação de RNA, pode adicionar uma camada adicional de regulação a esse neurônio. Uma vez que um gene é ativado, diferentes versões da molécula de RNA podem ser criadas por splicing de RNA.

Mas antes que o estudo SMU fosse feito, que foi publicado na revista eLife, não estava exatamente claro qual era a logística de criação dessa diversidade.

"Antes disso, os cientistas estavam focados principalmente nos fatores de transcrição, que é a camada nº 1 da expressão do gene. Essa é a camada que geralmente é focada como geradora de tipos específicos de neurônios", disse Norris. "Estamos adicionando essa segunda camada e mostrando que [os fatores de transcrição e as proteínas de ligação ao RNA] devem ser coordenados de maneira adequada.

E Norris observou, "esta foi a primeira vez em que a coordenação da expressão do gene foi identificada em um único neurônio."

Usando uma combinação de técnicas genéticas da velha escola e de ponta, os pesquisadores observaram como o RNA de um gene chamado sad-1, também encontrado em humanos, foi dividido em neurônios individuais do verme Caenorhabditis elegans. Eles descobriram que sad-1 foi ativado em todos os neurônios, mas sad-1 passou por diferentes padrões de splicing em diferentes tipos de neurônios.

E embora os fatores de transcrição não tenham demonstrado participação direta no splicing do RNA para o gene sad-1, eles estavam ativando genes que codificam proteínas de ligação ao RNA de forma diferente entre diferentes tipos de neurônios. São essas proteínas de ligação de RNA que controlam o splicing de RNA.

"Uma vez que esse gene foi ativado, esses fatores entraram e mudaram sutilmente o conteúdo desse gene", disse Norris.

Como resultado, o sad-1 foi dividido de acordo com padrões específicos de neurônios.

Eles também descobriram que a regulação coordenada tinha detalhes diferentes em neurônios diferentes.

"Imagine dois neurônios diferentes querendo alcançar o mesmo objetivo. Você pode imaginar que eles percorrem exatamente o mesmo caminho para chegar lá ou tomam caminhos divergentes. Neste estudo, estamos mostrando que a resposta até agora são caminhos divergentes". disse Norris. "Mesmo em um único neurônio, existem várias camadas diferentes de expressão gênica que, juntas, tornam esse neurônio o único neurônio que ele é."

Norris usou neurônios verme porque "ao contrário dos humanos, sabemos onde cada neurônio verme está e o que deve fazer. Portanto, podemos saber com muita segurança quais genes são responsáveis ​​por cada processo neural.

“Os detalhes muito específicos deste estudo não se aplicarão aos humanos. Mas espero que os princípios envolvidos se apliquem”, explicou Norris. "Nas últimas décadas de trabalho no sistema nervoso do verme, genes específicos que tiveram um efeito específico no comportamento do verme foram mais tarde mostrados como responsáveis ​​pelos mesmos tipos de coisas nos nervos humanos."


Os braços dos polvos têm vontade própria?

Frequentemente descritos como alienígenas, os polvos são uma das criaturas mais incomuns do planeta, com três corações, oito membros e uma inteligência aguçada. Eles podem abrir potes, resolver quebra-cabeças e até escapar de seus tanques, auxiliados por seus oito braços ultraflexíveis e versáteis. Mas determinar como exatamente os polvos controlam todos os oito membros é um quebra-cabeça que os cientistas ainda estão tentando decifrar.

"Os braços do polvo são completamente únicos. Em primeiro lugar, existem oito deles, cada um com mais de 200 ventosas que podem sentir, saborear e cheirar os arredores. E tudo é móvel. As ventosas podem agarrar e os braços podem se torcer de uma forma quase ilimitada de várias maneiras ", disse o Dr. Tamar Gutnick, um polvo pesquisador que trabalhou no Instituto de Ciência e Tecnologia da Universidade de Pós-Graduação (OIST) de Okinawa. "Portanto, isso levanta um grande problema computacional para o cérebro e seu sistema nervoso tem que ser organizado de uma maneira realmente incomum para lidar com todas essas informações."

Os polvos têm um sistema nervoso extenso, com mais de 500 milhões de neurônios, semelhante em número ao de um cachorro. Mas, ao contrário de cães e outros vertebrados, onde a maioria dos neurônios está no cérebro, mais de dois terços dos neurônios dos polvos estão localizados em seus braços e corpo.

Com um sistema nervoso tão estranho, os cientistas há muito suspeitam que os braços dos polvos podem ter uma mente própria e agir de forma autônoma a partir do cérebro central. A pesquisa mostrou que os braços dos polvos usam loops reflexos para criar movimentos coordenados, e alguns polvos podem até distrair predadores descartando membros que continuam a se mover por longos períodos de tempo.

"Alguns cientistas pensam nos polvos como criaturas com nove cérebros, com um cérebro central e oito cérebros menores em cada braço", disse o Dr. Gutnick. Mas sua nova pesquisa, publicada em Biologia Atual, sugere que os braços e o cérebro estão mais conectados do que se pensava.

A Dra. Gutnick e seus colegas mostraram que os polvos são capazes de aprender a associar a inserção de um único braço em um lado específico de um labirinto de duas opções com o recebimento de uma recompensa alimentar, mesmo quando nem a recompensa nem o braço no labirinto são visíveis para o polvo. Mas, crucialmente, enquanto o processo de aprendizagem ocorre na parte central do cérebro, as informações necessárias para o cérebro escolher o caminho correto são detectadas apenas pelo braço no labirinto.

"Este estudo deixa claro que os braços do polvo não se comportam de forma totalmente independente do cérebro centralizado - há um fluxo de informações entre o sistema nervoso periférico e o central", disse o Dr. Gutnick. "Em vez de falar sobre um polvo com nove cérebros, estamos na verdade falando sobre um polvo com um cérebro e oito braços muito inteligentes."

Navegando no labirinto

Os cientistas testaram se um único braço era capaz de fornecer ao cérebro dois tipos diferentes de informações sensoriais - propriocepção (a capacidade de sentir onde um membro está e como se move) e informações táteis (a capacidade de sentir a textura).

Os humanos têm um forte senso de propriocepção. Receptores sensoriais localizados na pele, articulações e músculos fornecem feedback para o cérebro, que armazena e atualiza constantemente um mapa mental de nosso corpo. A propriocepção permite que andemos sem olhar para os pés e encostar o dedo no nariz com os olhos fechados.

Mas ainda não foi provado se os polvos têm a mesma capacidade.

"Não sabemos se um polvo realmente sabe onde está seu braço ou o que ele está fazendo", disse o Dr. Gutnick. "Então nossa primeira pergunta foi - o polvo pode direcionar seu braço, baseado apenas em sentir onde seu braço estava, sem ser capaz de vê-lo?"

Os pesquisadores criaram um labirinto opaco em forma de Y simples e treinaram seis polvos mediterrâneos comuns para associar o caminho direito ou esquerdo a uma recompensa alimentar.

Em vez de explorar lentamente a forma interna do labirinto, os polvos imediatamente usaram movimentos rápidos do braço, empurrando ou desenrolando o braço direto através do tubo lateral para a caixa do gol. Se eles empurrassem o braço na caixa de gol certa, eles poderiam recuperar a comida, mas se seu braço entrasse na caixa de gol errada, a comida era bloqueada por uma rede e os cientistas removeram o labirinto.

Cinco dos seis polvos acabaram aprendendo a direção correta para empurrar ou desenrolar o braço pelo labirinto para pegar a comida.

"Isso nos mostra que os polvos claramente têm alguma noção do que seu braço está fazendo, porque eles aprendem a repetir a direção do movimento que resultou em uma recompensa alimentar", disse o Dr. Gutnick. "É improvável que seja na mesma extensão que os humanos têm com nossos mapas mentais e as representações que temos de nosso corpo no cérebro, mas há alguma sensação de movimento próprio dos braços que estão disponíveis para o cérebro central."

A equipe então explorou se os polvos eram capazes de determinar o caminho correto ao usar um único braço para sentir a textura do labirinto.

Os pesquisadores apresentaram outros seis polvos com um labirinto em forma de Y, onde um tubo lateral era áspero e o outro era liso. Para cada polvo, escolher o lado áspero ou o lado liso do labirinto resultava em uma recompensa alimentar.

Depois de muitas tentativas, cinco dos seis polvos foram capazes de navegar com sucesso pelo labirinto, independentemente de a textura correta estar localizada no tubo do lado esquerdo ou direito, mostrando que eles aprenderam qual textura era a correta para eles. Desta vez, os polvos optaram por um movimento de busca mais lento dentro do labirinto, primeiro determinando a textura de um tubo lateral e depois decidindo se continuavam descendo por esse tubo lateral ou trocavam de lado.

É importante ressaltar que a equipe descobriu que para ambos os tipos de labirintos, uma vez que os polvos aprenderam a associação correta, eles puderam navegar com sucesso pelo labirinto usando braços que não tinham sido usados ​​antes. "Isso elimina ainda mais a ideia de que cada braço poderia estar aprendendo a tarefa de forma independente - o aprendizado ocorre no cérebro e, em seguida, a informação é disponibilizada para cada braço."

Mas onde essa informação é armazenada no cérebro, o Dr. Gutnick não tem certeza, e é uma questão deixada para experimentos futuros.

"O cérebro dos polvos é tão diferente - ainda é uma caixa preta para nós", disse ela. "Há muito mais para aprender."


Os braços dos polvos têm vontade própria?

Os pesquisadores ensinaram os polvos a inserir os braços nos tubos do lado esquerdo ou direito dos labirintos em forma de Y. Ambos os lados do labirinto foram iscados com comida, mas a comida do lado incorreto foi bloqueada por uma rede. Aqui, um polvo pega corretamente o tubo do lado direito e pega uma recompensa de comida. Crédito: Dr. Tamar Gutnick

Frequentemente descritos como alienígenas, os polvos são uma das criaturas mais incomuns do planeta, com três corações, oito membros e uma inteligência aguçada. Eles podem abrir potes, resolver quebra-cabeças e até escapar de seus tanques, auxiliados por seus oito braços ultraflexíveis e versáteis. Mas determinar como exatamente os polvos controlam todos os oito membros é um quebra-cabeça que os cientistas ainda estão tentando decifrar.

"Os braços do polvo são completamente únicos. Em primeiro lugar, existem oito deles, cada um com mais de 200 ventosas que podem sentir, saborear e cheirar os arredores. E tudo é móvel. As ventosas podem agarrar e os braços podem girar de uma forma quase ilimitada de várias maneiras ", disse o Dr. Tamar Gutnick, um polvo pesquisador que trabalhou no Instituto de Ciência e Tecnologia da Universidade de Pós-Graduação (OIST) de Okinawa. "Portanto, isso levanta um grande problema computacional para o cérebro e seu sistema nervoso tem que ser organizado de uma maneira realmente incomum para lidar com todas essas informações."

Os polvos têm um sistema nervoso extenso, com mais de 500 milhões de neurônios, semelhante em número ao de um cachorro. Mas, ao contrário de cães e outros vertebrados, onde a maioria dos neurônios está no cérebro, mais de dois terços dos neurônios dos polvos estão localizados em seus braços e corpo.

Com um sistema nervoso tão estranho, os cientistas há muito suspeitam que os braços dos polvos podem ter uma mente própria e agir de forma autônoma a partir do cérebro central. A pesquisa mostrou que os braços dos polvos usam loops reflexos para criar movimentos coordenados, e alguns polvos podem até distrair predadores descartando membros que continuam a se mover por longos períodos de tempo.

"Alguns cientistas pensam nos polvos como criaturas com nove cérebros, com um cérebro central e oito cérebros menores em cada braço", disse o Dr. Gutnick. Mas sua nova pesquisa, publicada em Biologia Atual, sugere que os braços e o cérebro estão mais conectados do que se pensava.

A Dra. Gutnick e seus colegas mostraram que os polvos são capazes de aprender a associar a inserção de um único braço em um lado específico de um labirinto de duas opções com o recebimento de uma recompensa alimentar, mesmo quando nem a recompensa nem o braço no labirinto são visíveis para o polvo. Mas, crucialmente, enquanto o processo de aprendizagem ocorre na parte central do cérebro, as informações necessárias para o cérebro escolher o caminho correto são detectadas apenas pelo braço no labirinto.

"Este estudo deixa claro que os braços do polvo não se comportam de forma totalmente independente do cérebro centralizado - há um fluxo de informações entre o sistema nervoso periférico e o central", disse o Dr. Gutnick. "Em vez de falar sobre um polvo com nove cérebros, estamos na verdade falando sobre um polvo com um cérebro e oito braços muito inteligentes."

Os cientistas testaram se um único braço era capaz de fornecer ao cérebro dois tipos diferentes de informações sensoriais - propriocepção (a capacidade de sentir onde um membro está e como se move) e informações táteis (a capacidade de sentir a textura).

Os humanos têm um forte senso de propriocepção. Receptores sensoriais localizados na pele, articulações e músculos fornecem feedback para o cérebro, que armazena e atualiza constantemente um mapa mental de nosso corpo. A propriocepção nos permite andar sem olhar para os pés e tocar o nariz com o dedo com os olhos fechados.

Mas ainda não foi provado se os polvos têm a mesma capacidade.

Nos experimentos que testaram a propriocepção, os polvos tendem a usar movimentos "retos", direcionados para o lado esquerdo ou direito do labirinto. Nos experimentos que testaram a discriminação tátil, os polvos optaram por usar movimentos de "busca" mais lentos. Crédito: Reproduzido com permissão da Elsevier. Originalmente publicado em 10 de setembro de 2020 por Biologia Atual em "Uso de Informação Sensorial Periférica para Controle Nervoso Central do Movimento do Braço por Octopus vulgaris"

"Não sabemos se um polvo realmente sabe onde está seu braço ou o que ele está fazendo", disse o Dr. Gutnick. "Então nossa primeira pergunta foi - o polvo pode direcionar seu braço, baseado apenas em sentir onde seu braço estava, sem ser capaz de vê-lo?"

Os pesquisadores criaram um labirinto opaco em forma de Y simples e treinaram seis polvos mediterrâneos comuns para associar o caminho direito ou esquerdo a uma recompensa alimentar.

Em vez de explorar lentamente a forma interna do labirinto, os polvos imediatamente usaram movimentos rápidos do braço, empurrando ou desenrolando o braço direto através do tubo lateral para a caixa do gol. Se eles empurrassem o braço na caixa de gol certa, eles poderiam recuperar a comida, mas se seu braço entrasse na caixa de gol errada, a comida era bloqueada por uma rede e os cientistas removeram o labirinto.

Cinco dos seis polvos acabaram aprendendo a direção correta para empurrar ou desenrolar o braço pelo labirinto para pegar a comida.

"Isso nos mostra que os polvos claramente têm alguma noção do que seu braço está fazendo, porque eles aprendem a repetir a direção do movimento que resultou em uma recompensa alimentar", disse o Dr. Gutnick. "É improvável que seja na mesma extensão que os humanos têm com nossos mapas mentais e as representações que temos de nosso corpo no cérebro, mas há alguma sensação de movimento próprio dos braços que estão disponíveis para o cérebro central."

A equipe então explorou se os polvos eram capazes de determinar o caminho correto ao usar um único braço para sentir a textura do labirinto.

Os pesquisadores apresentaram outros seis polvos com um labirinto em forma de Y, onde um tubo lateral era áspero e o outro era liso. Para cada polvo, escolher o lado áspero ou o lado liso do labirinto resultava em uma recompensa alimentar.

Depois de muitas tentativas, cinco dos seis polvos foram capazes de navegar com sucesso pelo labirinto, independentemente de a textura correta estar localizada no tubo do lado esquerdo ou direito, mostrando que eles aprenderam qual textura era a correta para eles. Desta vez, os polvos optaram por um movimento de busca mais lento dentro do labirinto, primeiro determinando a textura de um tubo lateral e, em seguida, decidindo se continuavam descendo por esse tubo lateral ou trocavam de lado.

É importante ressaltar que a equipe descobriu que para ambos os tipos de labirintos, uma vez que os polvos aprenderam a associação correta, eles puderam navegar com sucesso pelo labirinto usando braços que não tinham sido usados ​​antes. "Isso elimina ainda mais a ideia de que cada braço poderia estar aprendendo a tarefa independentemente - o aprendizado ocorre no cérebro e, em seguida, a informação é disponibilizada para cada braço."

Mas onde essa informação é armazenada no cérebro, o Dr. Gutnick não tem certeza, e é uma questão deixada para experimentos futuros.

"O cérebro dos polvos é tão diferente - ainda é uma caixa preta para nós", disse ela. "Há muito mais para aprender."


O sistema nervoso entérico: o segundo cérebro em seu intestino

O intestino humano tem sido referido por alguns cientistas como “sistema nervoso quotentérico”. O sistema nervoso entérico é amplamente considerado como nosso segundo cérebro. Consiste em uma rede sofisticada de 100 milhões de neurônios fixados nas paredes de nossas entranhas.

As bactérias no intestino produzem substâncias neuroquímicas como a serotonina, que o segundo cérebro utiliza para controlar os processos fisiológicos básicos e as funções cognitivas. A serotonina é uma substância química que influencia os processos digestivos e os estados de humor. O segundo cérebro em nosso intestino produz mais de 90% da substância química que existe em todo o nosso corpo.

Nosso intestino é versátil em sua capacidade de cooperar com o cérebro. Essa percepção, juntamente com o conhecimento da capacidade do nosso cérebro de regular os perigos externos, levou os pesquisadores à conexão cérebro-intestino. O gastroenterologista Emeran Mayer, MD, diretor do Centro de Neurobiologia do Estresse da Universidade da Califórnia, em Los Angeles, acredita que "é quase impensável que o intestino não esteja desempenhando um papel crítico nos estados mentais."

O ENS e as emoções

O sistema nervoso entérico pode ser responsável por alterações de humor experimentadas por pessoas com problemas estomacais. Os pesquisadores já pensavam que a ansiedade e a depressão eram as culpadas por problemas como prisão de ventre e inchaço. No entanto, estudos encontraram evidências de uma troca bidirecional na qual problemas digestivos também podem ser os culpados por sinalizar ao sistema nervoso central para desencadear mudanças de humor.


Hardware biológico e artificial

A maioria de nós esquece que o cérebro humano e as redes neurais artificiais hoje são baseadas em conjuntos de materiais e elementos químicos completamente diferentes.

Os cérebros são feitos de células e os microchips são feitos de silício e metal

Se você tiver apenas células imersas em um meio iônico condutor, a transmissão de sinal elétrico é difícil com certeza! No entanto, os cérebros biológicos evoluíram para fazer exatamente isso. Eles não tinham outra maneira de enviar sinais de longa distância a não ser por meio de pulsos. Nós conversamos muito sobre isso aqui e aqui. Então é realmente por isso que a biologia usa redes neurais com spikes (sinais de 1 bit, se preferir). Se pudesse sinalizar com níveis contínuos sem ser inundado por ruído, teria! Porque economizaria muita energia.

Em uma frase: a biologia tem tubos flexíveis com vazamentos usados ​​como fios, enquanto o silício tem fios de metal com bom isolamento. E este é o ponto crucial do problema e a principal diferença de por que um sistema evoluiu dessa maneira.

Por outro lado, os circuitos elétricos usados ​​nos computadores de hoje são todos digitais e multibits. Começamos com sinais analógicos também, apenas os velhos cérebros biológicos (e nossos olhos), porque um sinal analógico tem em teoria um número infinito de valores (símbolos) que pode transmitir. Mas então todas as possibilidades infinitas são reduzidas a poucas por causa do ruído fundamental eletrônico, da mesma forma que o ruído elétrico no meio biológico o forçou a se tornar pulsos de 1 bit.

Se você tem 1 bit, como pode usá-lo para representar muitos valores? O tempo entre os pulsos em um neurônio ou um grupo de muitos neurônios de 1 bit pode representar conjuntos maiores, como em circuitos digitais.

Veja: quando você tem neurônios, a saída deles pode ter qualquer número de bits que você possa pagar em seu sistema: 1 bit se for necessário, ou 4 ou 8 ou 16 bits se for possível. E como muitos neurônios de 1 bit podem representar números de bits maiores, você pode decidir efetivamente:

você quer mais neurônios de 1 bit ou menos neurônios de multi-bit?

O equilíbrio depende do meio tecnológico que você usa e de todos os seus parâmetros.

Lembre-se de que a retropropagação funciona melhor com muitos bits, já que seus neurônios precisam armazenar números cada vez menores enquanto se propagam por várias camadas. Hoje, podemos retropropagar com apenas 8–9 bits por neurônio (e outros 8 em comum em um grupo de neurônios).

É claro que o aprendizado também é amplamente afetado pelo meio à sua disposição. Em redes neurais artificiais, o sinal pode viajar mais longe e com mais imunidade a ruídos, portanto, multibits e menos neurônios são o caminho a percorrer. O aprendizado também pode usar essas propriedades para fornecer algoritmos como retropropagação e otimização mais global, em oposição a regras locais dominadas por sinais de curto alcance em um meio com vazamento.

Um cérebro biológico evoluiu ao longo de milhões de anos, cometendo os mesmos erros muitas vezes e replicando soluções em muitos lugares com muitas diferenças que são mais o produto de pesquisa aleatória do que design inteligente (com isso, quero dizer um design de sistema global anterior à realização real) . lol.

Temos o melhor circuito digital que podemos ter? Sempre pode ficar menor. Um dia, os transistores podem ser apenas alguns átomos, se encontrarmos maneiras de combater o ruído térmico e a escala. E há novos materiais e novos dispositivos de silício surgindo. Uma coisa é certa: será difícil fugir da tecnologia baseada em silício devido ao nosso investimento nos últimos 60 anos. Não tenho esfera de cristal aqui, então o tempo dirá.

Freqüentemente ouvimos essa comparação sobre asas de pássaros: como na biologia temos asas batendo e nos aviões não. A maioria aqui esquece de levar em conta as diferenças de tamanho e também nos materiais usados ​​em ambos os sistemas. As asas pequenas feitas de penas são leves e fáceis de ativar pelos músculos, mas as asas grandes de metal não são fáceis de mover e o material pode não ser capaz de suportar as grandes forças do movimento devido às propriedades do material. Na verdade, esses dois são tão diferentes que quase não faz sentido compará-los! Isso é realmente o mesmo no caso de neurônios e sinapses: sua estrutura e operação fazem sentido em um domínio, mas não necessariamente em outros.

as células e o silício têm caminhos próprios


A Biologia da Singularidade Humana

Como humanos, tendemos a nos considerar únicos na ordem criada das coisas. Como cristãos, entendemos que fomos criados à imagem e semelhança de Deus, conforme aprendemos em Gênesis 1:26. Mas o que isto significa realmente? Certamente ser feito à imagem de Deus não se refere à nossa construção física, Deus é espírito e, portanto, não tem um corpo físico. Mas o plano de Deus desde o início era nos resgatar de nossos pecados por meio da encarnação, Deus se tornando homem. Jesus era e é o Filho de Deus, o Messias, o Deus-Homem. Portanto, não é exagero sugerir que nossa constituição corporal deve ser o único lar terrestre de Jesus e Seu Espírito dentro de nós. Portanto, sugiro que nossa constituição biológica é única no reino animal, uma vez que nenhum outro animal é feito à Sua imagem.

Mas o que isto significa realmente? Vou pegar emprestado de várias fontes, principalmente de Michael Denton Destino da Natureza , para discutir a singularidade biológica dos humanos. O Discovery Institute também está em processo de produção de uma série de filmes baseada no trabalho de Denton, intitulada Espécies privilegiadas: como o cosmos foi projetado para a vida humana.

Podemos apontar inúmeras habilidades qualitativas na espécie humana, não encontradas em nenhum outro lugar do reino animal. Vou discutir isso em detalhes abaixo, mas vou fornecer uma breve visão geral agora para abrir seu apetite.

Primeiro, irei discutir nossa inteligência única. A capacidade dos humanos de ter pensamentos abstratos parece ser absolutamente única. É difícil chegar a uma vantagem seletiva em um sentido evolutivo para esse tipo de pensamento, então de onde ele veio?

Em segundo lugar, e relacionado à nossa inteligência, está nossa capacidade única de linguagem. A maioria dos animais se comunicam com suas próprias espécies, mas nenhuma outra espécie, incluindo primatas, realmente usa língua. Quando crianças, acumulamos linguagem simplesmente por estar perto dela. Os chimpanzés e gorilas têm que passar por tentativas e erros meticulosos e ainda não conseguem se comunicar como uma criança de três anos.

Terceiro, nossa excelente visão nos permite usar nossa inteligência, linguagem e outras capacidades para manipular nosso ambiente de maneira precisa e vantajosa.

Quarto, nossa excelente ferramenta de manipulação, a mão, é insuperável em outros primatas. Temos força e controle motor fino em nossas mãos, o que nos permite combinar uma pegada forte e movimentos delicados dos dedos que permitem uma ampla gama de movimentos. Isso, combinado com nossa postura ereta, fornece a capacidade de reestruturar nosso entorno imediato como nenhuma outra espécie pode.

Também somos uma espécie altamente social que permite a distribuição rápida de ideias para o benefício de todos. E tudo isso se combina para nos permitir ser a única espécie a usar e manipular o fogo, que traz uma série de habilidades únicas.

Inteligência Humana e Linguagem

Como mencionei acima, nossa inteligência nos separa de qualquer outra espécie de primata. Nosso cérebro tem três vezes o tamanho do cérebro de um chimpanzé. Mas, além disso, o número de neurônios e conexões entre neurônios supera em muito qualquer outro mamífero. Michael Denton cita que em cada milímetro cúbico do córtex humano, existem 100.000 células, cerca de 4 quilômetros de fiação axonal e 500 metros de dendritos, e cerca de 1 bilhão de conexões sinapses entre neurônios. Temos mais 10 milhões dessas sinapses do que o cérebro de um rato.

O tamanho e o escopo são uma coisa, mas nossas capacidades mentais são realmente únicas. Como mencionado acima, os humanos são capazes de pensamentos abstratos e conceituais. Nenhum outro primata exibe qualquer sinal dessa capacidade. Além disso, nosso raciocínio matemático é completamente de outros em comparação com outros animais. Você pode suspeitar que alguns animais podem contar. Mas é uma resposta aprendida ligada à recompensa. Não suspeitamos que o rato / cavalo / chimpanzé saiba o que está fazendo. Comparar cálculo a simplesmente contar bananas não é comparação.

Quando você pára para considerar nossa apreciação das artes, não há outro lugar para ir a não ser os humanos. James Trefil é um físico fascinado por biologia e evolução. Mas, ao considerar as artes, ele diz: “Não importa o quanto eu tente, não consigo pensar em uma única pressão evolutiva que impulsionaria a capacidade dos humanos de produzir e desfrutar de música e dança. . . . Isso sempre me pareceu um problema sério - talvez até mais sério do que aquele percebido pela maioria dos meus colegas. ”

Quando nos voltamos para a linguagem, nossa singularidade é informada ainda mais. Plantas e animais se comunicam de uma forma ou de outra, mas não pela linguagem como os humanos se comunicam. Comunicamos novas informações e conceitos abstratos, algo que outras espécies nem mesmo abordam. Possuímos o equipamento adequado para produzir e receber linguagem e fala. E por equipamento adequado, quero dizer os processos cerebrais e as necessidades anatômicas para a fala real (por exemplo, dentes, língua, caixa vocal, etc.). Também existe uma habilidade social que pode utilizar esses níveis superiores de comunicação.

Mas nós ouvimos sobre chimpanzés e gorilas aprendendo a linguagem. Kanzi, um chimpanzé bonobo, aprendeu palavras e até o uso simbólico de um teclado. Kanzi também aprendeu ouvindo o uso de novas palavras. Mas foi aí que parou.

Para citar James Trefil novamente, “Se considerarmos as reivindicações apresentadas por Kanzi pelo valor de face, onde estamos? Temos um membro da espécie de primata mais inteligente, um verdadeiro Shakespeare de animais não humanos, criado em condições especiais e incomuns, atuando no nível de uma criança humana de dois anos e meio. Mas lembre-se de que, nos humanos, a linguagem real começa logo após essa idade. . . . Então, temos que concluir que, mesmo neste caso ideal, outros animais além dos humanos não podem aprender a linguagem humana real. ”

Visão Humana e a Mão

Agora, gostaria de apresentar dois recursos que podemos facilmente considerar naturais, nossas mãos e nossos olhos.

Normalmente, não pensamos em nossas mãos como algo especial. Mas tente pensar em qualquer outra criatura que pode fazer as muitas e diversas coisas que podemos fazer com nossas mãos. A combinação mais próxima é a mão de um chimpanzé. Mas
as mãos dos chimpanzés são maiores, mais fortes e até desajeitadas. Coisas simples como usar todos os dez dedos para digitar, descascar uma maçã ou dar um nó estão além do que os chimpanzés podem fazer.

A força em nossos dedos vem de músculos maiores no antebraço e o controle manipulativo fino vem de músculos muito menores na própria mão. Nossa capacidade de manipular nosso ambiente com as mãos é incomparável. Usando nossa inteligência, até mesmo criamos ferramentas adicionais para nossas mãos, a fim de ampliar ainda mais nosso domínio do mundo ao nosso redor. O uso pleno de nossas mãos decorre de nossa marcha ereta e bípede, permitindo a nossas mãos a liberdade não encontrada em nenhum outro mamífero.

No livro dele Destino da Natureza Michael Denton pergunta sobre a mão humana “se alguma outra espécie possui um órgão que se aproxime de suas capacidades. A resposta simplesmente deve ser que nenhuma outra espécie possui um órgão manipulador que se aproxime remotamente da utilidade universal da mão humana. Even in the field of robotics, nothing has been built which even remotely equals the all-around manipulative capacity of the hand.”

But in order to even use our hands well, we need exceptional vision to be able to detect all the little things our minds notice to manipulate. Given the physics of visible light and the dimensions and molecular process of detecting light in our eyes, the resolving power of the human eye is close to the optimum for a camera-type eye using biological cells and processes.

Some animals such as high-flying hawks and eagles detect motion from far greater distances that we can, and some organisms see much better in the dark than we do, but for all-around color vision, detail and resolution, our eyes seem to be the best there is. Combined with our highly interconnected brain, our upright gait for easily seeing straight ahead, a swiveling neck to see side to side, and our overall size, our eyes open the world to us as for no other species.

Developing science and technology, communicating to thousands and even millions through the written word, and simply exploring the world around us, are only possible through an integrated use of our unique intelligence, social structure and speech, hands and vision.

The Use of Fire

As I have explored the biology of human uniqueness, I have focused on some of our individual capacities such as our intelligence, speech, our marvelous hands, and our unique all-around color vision. I have used throughout, the wonderful book by Michael Denton, Nature’s Destiny. Now I’m looking at one of our key distinguishing characteristics which combine all of these. Humans are the only biological creatures that have mastered the use of fire. If you think for a minute, every other animal has nothing but fear when it comes to fire. We are also fearful of fire and the damage it can do, but we have also managed to harness it and use it.

There are a couple of obvious advantages for the use of fire. First it provides additional light after sundown that extends our activity into the evening. Second, fire provides additional warmth in the evening and allows us to venture into colder climates. Third, fire allows us to cook food, particularly meat which is a very significant source of fat calories and protein. Cooking our food certainly distinguishes us from any other creature and has allowed us to add the necessary energy to fully use that big brain of ours which is a major drain on our energy stores, even at night.

But beyond these, if we never harnessed the energy and power of fire, we would not have been able to develop tools involving metal. Using heat to forge ever more powerful hand tools and weapons revolutionized human culture. Without fire we could not have developed any form of chemistry and especially the use of electricity. Electricity has revolutionized human existence in the last 100 years. Fire is an influential and powerful tool indeed.

But how have we been able to do this? First, we need to take advantage of our intelligent capability for abstract thought and reasoning. As I said earlier, we too fear fire, but we need to be able to think about it and be curious enough to not only rationalize that we might be able to harness its power, but that it would also be useful. This ability to deduce the control and use of fire requires high-level reasoning.

Denton also points out that for a fire to be sustainable it needs to be at least 50 centimeters across (or about a foot and a half). To create a fire of this size we need our upright stance to walk the distance to gather the right amount and size of branches. That means that our upright stance, free arms, the manipulative tools of our hands, and our discerning vision work together to allow us to create a sustainable fire.

Therefore, the control and manipulation of fire requires a combined use of most of our unique biological capacities. Think about this the next time you sit around a campfire or grill your supper on a warm summer day. It’s part of what makes us human!

Human Anatomy and Genome

In this article I have been focusing on aspects of human biology that make us unique in the universe of living organisms. I discussed in some detail our unique intelligence, allowing us complex and abstract thought. We have a unique ability to communicate audibly and through a symbolic written word. These combine with our stereo vision and unique manipulative tool the hand, to allow us sole possession of the ability to use and manipulate fire. All of these capabilities are made possible by several unique aspects of our anatomy.

Humans have the largest brain of any primate species. Whales, dolphins, and elephants have larger brains, but size is not the main distinctive. Our human brain is structured like no other. If you were to open up just one cubic millimeter of our brain you would find over 100,000 cells with 4 kilometers of cell wiring and 1 billion connections between neurons. The structure and organization of our brain is definitely without parallel. Studies of our entire genome compared to chimpanzees indicate vast differences in non-coding sequences that influence the production of brain proteins. These changes are in the thousands.

In 1999, famous MIT linguist Noam Chomsky, reflected that “Thus, in the case of language, . . . (new research) is providing interesting grounds for taking seriously an idea that a few years ago would have seemed outlandish: that the language organ of the brain approaches a kind of optimal design, that it is in some interesting sense an optimal solution to the minimal design specifications the language organ must meet to be usable at all.” Without our unique brain structure, our language ability would not be forthcoming.

When comparing our skeletal structure to those of our supposed closest ancestors according to an evolutionary explanation, there are major changes that would have been needed to be accomplished in a relatively short time. Casey Luskin from the Discovery Institute does an admirable job digging into these differences and makes some sweeping conclusions. Numerous studies indicate that between the lineage of Australopithecus e Homo there would need to be significant changes in shoulders, rib cage, spine, pelvis, hip, legs, arms, hands and feet. But of these major transitions, the fossil record is silent.

Luskin also refers to a study by Durrett and Schmidt in 2007 that estimates that a single-nucleotide mutation in a primate species would take 6 million years to become fixed. But what is needed are multiple mutations in multiple segments of the skeletal system and in the physiology of the brain. Homo sapiens are far more unique than many have suspected. The more we learn, the more unique we become.

Since humans are created in the image of God, we expect human biological uniqueness. Even more significantly, bearing His image indicates an affinity for humans by the Creator we cannot fully comprehend.

1. Michael Denton, Nature’s Destiny: How the Laws of Biology Reveal Purpose in the Universe (New York: The Free Press, 1998).

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Dr. Ray Bohlin

Raymond G. Bohlin é vice-presidente de Vision Outreach da Probe Ministries. Ele é graduado pela University of Illinois (B.S., zoologia), North Texas State University (M.S., genética populacional) e pela University of Texas at Dallas (M.S., Ph.D., biologia molecular). Ele é o co-autor do livro Os limites naturais para a mudança biológica, atuou como editor geral de Criação, Evolução e Ciência Moderna, co-autor de Perguntas básicas sobre genética, pesquisa de células-tronco e clonagem (Série BioBasics), e publicou vários artigos em periódicos. O Dr. Bohlin foi nomeado pesquisador do Centro para a Renovação da Ciência e da Cultura do Discovery Institute em 1997, 2000 e 2012.

O que é Probe?

Probe Ministries é um ministério sem fins lucrativos cuja missão é ajudar a igreja a renovar as mentes dos crentes com uma cosmovisão cristã e equipar a igreja para engajar o mundo para Cristo. Probe cumpre essa missão por meio de nossas conferências Mind Games para jovens e adultos, nosso programa de rádio diário de 3 minutos e nosso extenso website em www.probe.org.

Mais informações sobre os materiais e ministério da Probe podem ser obtidas entrando em contato conosco em:


How Many Cells Are In Your Body?

A simple question deserves a simple answer. How many cells are in your body? Unfortunately, your cells can't fill out census forms, so they can't tell you themselves.

A simple question deserves a simple answer. How many cells are in your body?

Unfortunately, your cells can’t fill out census forms, so they can’t tell you themselves. And while it’s easy enough to look through a microscope and count off certain types of cells, this method isn’t practical either. Some types of cells are easy to spot, while others–such as tangled neurons–weave themselves up into obscurity. Even if you could count ten cells each second, it would take you tens of thousands of years to finish counting. Plus, there would be certain logistical problems you’d encounter along the way to counting all the cells in your body–for example, chopping your own body up into tiny patches for microscopic viewing.

For now, the best we can hope for is a study published recenty in Annals of Human Biology, entitled, with admirable clarity, “An Estimation of the Number of Cells in the Human Body.”

The authors–a team of scientists from Italy, Greece, and Spain–admit that they’re hardly the first people to tackle this question. They looked back over scientific journals and books from the past couple centuries and found many estimates. But those estimates sprawled over a huge range, from 5 billion to 200 million trillion cells. And practically none of scientists who offered those numbers provided an explanation for how they came up with them. Clearly, this is a subject ripe for research.

If scientists can’t count all the cells in a human body, how can they estimate it? The mean weight of a cell is 1 nanogram. For an adult man weighing 70 kilograms, simple arithmetic would lead us to conclude that that man has 70 trillion cells.

On the other hand, it’s also possible to do this calculation based on the volume of cells. The mean volume of a mammal cell is estimated to be 4 billionths of a cubic centimeter. (To get a sense of that size, check out The Scale of the Universe.) Based on an adult man’s typical volume, you might conclude that the human body contains 15 trillion cells.

So if you pick volume or weight, you get drastically different numbers. Making matters worse, our bodies are not packed with cells in a uniform way, like a jar full of jellybeans. Cells come in different sizes, and they grow in different densities. Look at a beaker of blood, for example, and you’ll find that the red blood cells are packed tight. If you used their density to estimate the cells in a human body, you’d come to a staggering 724 trillion cells. Skin cells, on the other hand, are so sparse that they’d give you a paltry estimate of 35 billion cells.

So the author of the new paper set out to estimate the number of cells in the body the hard way, breaking it down by organs and cell types. (They didn’t try counting up all the microbes that also call our body home, sticking only to human cells.) They’ve scoured the scientific literature for details on the volume and density of cells in gallbladders, knee joints, intestines, bone marrow, and many other tissues. They then came up with estimates for the total number of each kind of cell. They estimate, for example, that we have 50 billion fat cells and 2 billion heart muscle cells.

Adding up all their numbers, the scientists came up with … drumroll … 37.2 trillion cells.

This is not a final number, but it’s a very good start. While it’s true that people may vary in size–and thus vary in their number of cells–adult humans don’t vary by orders of magnitude except in the movies. The scientists declare with great confidence that the common estimate of a trillion cells in the human body is wrong. But they see their estimate as an opportunity for a collaboration–perhaps through an online database assembled by many experts on many different body parts–to zero in on a better estimate.

Curiosity is justification enough to ponder how many cells the human body contains, but there can also be scientific benefits to pinning down the number too. Scientists are learning about the human body by building sophisticated computer models of lungs and hearts and other organs. If these models have ten times too many cells as real organs do, their results may veer wildly off the mark.

The number of cells in an organ also has bearing on some medical conditions. The authors of the new study find that a healthy liver has 240 billion cells in it, for example, but some studies on cirrhosis have found the disease organ have as few as 172 billion.

Perhaps most importantly, the very fact that some 34 trillion cells can cooperate for decades, giving rise to a single human body instead of a chaotic war of selfish microbes, is amazing. The evolution of even a basic level of multicellularity is remarkable enough. But our ancestors went way beyond a simple sponge-like anatomy, evolving a vast collective made of many different types. To understand that collective on a deep level, we need to know how big it really is.


Wiener (1932) was the first to examine the genetic basis of arm folding by comparing parents and offspring, with the following results:

Each of the three kinds of matings has about the same proportion of R and L offspring, so Weiner (1932) concluded that there is no genetic basis for arm folding preference. If the myth were true, two L parents could not have an R child, but close to half of the children of LxL matings are R. For some reason, people kept doing family studies of arm folding, so that Reiss and Reiss (1998) were able to summarize the numbers from 12 studies:

There is some association between parents and offspring, in that R x R parents have a higher proportion of R offspring than do L x L parents. All studies have found many R offspring of L x L parents and L offspring of R x R parents, so even if there is some genetic influence on arm folding, it is not a simple one-locus, two-allele genetic trait.


Severed Octopus Arms Have a Mind of Their Own

Octopuses are renowned for their smarts (they can open jars!), and most of their 130 million IQ-raising neurons are located not in their brains but along their eight tentacles. Researchers think this allows octopuses to become the ultimate multi-taskers, Katherine Harmon, who’s got a book on octopi coming out soon, writes at Scientific American, since each of their arms can busily work away at some pesky mollusk shell or feel around in some new corner of habitat, nearly independent of the brain.

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And these arms can continue reacting to stimuli even after they are no longer connected to the main brain in fact, they remain responsive even after the octopus has been euthanized and the arms severed.

In one experiment, researchers chopped off euthanized octopuses’ tentacles, chilled them in water for an hour, and then still managed to get a split-second response when they probed the severed limbs. Other research found that, when encountering a piece of food, a severed limb will snatch it up and try to move it in the direction of a phantom octopus mouth.

If an octopus’ arm is cut off without the poor guy being euthanized, it’s no sweat for the cephalopod. While cut-off limbs do not regrow a new octopus, à la starfish, the octopus can regenerate tentacles with a far superior quality than, say, a lizard’s oftentimes gimpy replacement tail, Harmon writes.

To do this, octopus use a protein called protein acetylcholinesterase, or AChE. Humans have this protein, too, but our store of the molecule is much less active than an octopus’. Harmon describes what happens when an octopus loses its leg:

Within three days, some cascade of chemical signals cued the formation of a “knob,” covered with undifferentiated cells, where the cut had been made. And further molecular signals were responsible for the “hook-like structure” that was visible at the end of the arm in the second week. Around that time, a mass of stem cells and a hefty amount of blood vessels have arrived at the site. Yet by day 28, these features disappeared. And for the next hundred days or so, the arm tip grew back in to resemble the original one.

AChE rose, peaked and dipped throughout this process, conducting a regrowth orchestra of tissues, nerves and structures until the arm was good as new. The ultimate hope, of course, is to harness the AChE trick for human limb regeneration, although that’s still a distant vision. On the other hand, we probably don’t want to start implanting neurons in our arms: imagine a severed human hand crawling across the floor, creating a real-life Addams Family moment.