Para Nicholas Strausfeld, um cérebro minúsculo é uma coisa linda. Ao longo dos seus 35 anos de carreira, o neurobiólogo da Universidade do Arizona em Tucson sondou as minúsculas estruturas cerebrais de baratas, insectos aquáticos, vermes de veludo, camarões em salmoura e dezenas de outros invertebrados. Usando microscópios, pinças, e eletrônica construída à mão, ele e seus alunos de pós-graduação provocam – sempre tão gentilmente – o funcionamento célula por célula das estruturas cerebrais do tamanho de vários grãos de sal. Desta tediosa análise Strausfeld conclui que os insetos possuem “os cérebros mais sofisticados deste planeta”
Strausfeld e seus alunos não estão sozinhos em sua devoção. Bruno van Swinderen, um pesquisador do Instituto de Neurociências (NSI) em San Diego, encontra dicas de funções cognitivas superiores em insetos – pistas para o que uma revista científica chamou de “as remotas raízes da consciência”
“Muitas pessoas dariam cocó na noção de insetos tendo cérebros que são de qualquer forma comparáveis aos dos primatas”, acrescenta Strausfeld. “Mas é preciso pensar nos princípios subjacentes à forma como se monta um cérebro, e é provável que esses princípios sejam universais””
Os resultados são controversos. “A evidência que eu vi até agora não me convenceu”, diz Gilles Laurent, um neurocientista da Caltech. Mas alguns pesquisadores estão considerando possibilidades que chocariam a maioria dos observadores leigos. “Não temos literalmente nenhuma idéia em que nível da consciência de complexidade cerebral pára”, diz Christof Koch, outro neurocientista da Caltech. “A maioria das pessoas diz: ‘Pelo amor de Deus, um insecto não está consciente’. Mas como é que nós sabemos? Já não temos a certeza. Já não mato insectos desnecessariamente.”
Heinrich Reichert, da Universidade de Basileia, na Suíça, está cada vez mais interessado na “relação de todos os cérebros”. Os próprios estudos de Reichert sobre a origem do cérebro levam a um ancestral pouco conhecido, uma criatura humilde chamada Urbilateria, que se mexeu e nadou há quase um bilhão de anos. Avô de todos os animais bilateralmente simétricos, Urbilateria é o antepassado de aranhas, caracóis, insetos, anfíbios, peixes, vermes, aves, répteis, mamíferos, caranguejos, amêijoas – e sim, humanos.
É claro que há uma boa razão para ver os cérebros de insetos como primitivos – pelo menos quantitativamente. Os humanos possuem 100.000.000.000.000 de células cerebrais. Uma barata tem quase 1.000.000 de células cerebrais; uma mosca-das-frutas, apenas 250.000. Ainda assim, os insectos exercem uma impressionante gestão da informação: Eles empacotam os neurónios no cérebro 10 vezes mais densamente do que os mamíferos. Eles também usam cada célula cerebral de forma mais flexível do que os mamíferos. Vários tendrilhos distantes de um único neurônio podem agir independentemente – aumentando o poder computacional sem aumentar o número de células. De alguma forma, esse circuito permite que uma abelha, com apenas um milhão de neurônios a bordo, se aproxime a seis milhas de sua colméia, encontre comida e faça uma linha direta para casa. Poucos humanos poderiam fazer o mesmo, mesmo com um mapa e uma bússola.
Na superfície, os cérebros de insetos e mamíferos não parecem nada parecidos. Apenas a partir de estudos de ligações célula por célula emerge a surpreendente semelhança. Uma tarde Christopher Theall, um dos alunos de doutorado de Strausfeld, mostrou-me o seu próprio cenário experimental para explorar uma parte do cérebro da barata conhecida como o corpo do cogumelo. Pensa-se que esta estrutura cerebral em forma de cogumelo é análoga à do hipocampo mamífero, um componente cerebral envolvido na formação de memórias de lugares.
“O que estamos a tentar fazer”, diz Theall, ao entrar num laboratório apertado, “é descer as técnicas que têm sido usadas em cérebros de ratos e primatas – descer para um cérebro que é um milésimo do tamanho””
O aparelho experimental de Theall repousa sobre uma mesa que flutua sobre ar pressurizado que absorve vibrações. Até mesmo um chocalhar do carro no corredor do lado de fora pode minar a experiência. Como Theall precisa registrar impulsos nervosos totalizando apenas um ^1/10,0000 de um volt, a mesa está fechada em uma gaiola que bloqueia a interferência eletromagnética das luzes da sala. Trabalhando sob um microscópio com uma pinça, mãos firmes, e com respiração suspensa, Theall modela o fio de cobre apenas duas vezes o diâmetro de um glóbulo vermelho em eletrodos que ele irá inserir no cérebro da barata.
“Eles são frágeis”, diz ele. “Mesmo uma brisa da abertura de uma porta pode arruinar algumas horas de trabalho”.
Após 20 horas de preparação, Theall está pronto para fazer a experiência. Torcendo um botão enquanto olha para o microscópio, ele afunda o eletrodo no cérebro da barata até que ela descanse em um dos corpos do cogumelo. Durante a experiência, Theall vai treinar esta barata para ganhar uma recompensa: Se o insecto apontar a sua antena para certos pontos de referência, receberá golpes emocionantes de odor a manteiga de amendoim. Theall quer escutar os neurônios para determinar como eles contribuem para o aprendizado da localização desses pontos de referência.
O passo final da experiência – dissecação do corpo do cogumelo – permite que Theall veja as duas ou três células que ele monitorou. Como as células absorveram o cobre liberado pelo eletrodo, ele pode distingui-las das 200.000 outras células cerebrais do corpo do cogumelo. Theall então traça a estrutura de cada célula usando caneta, papel, e uma caixa de luz. É como desenhar um carvalho nodoso até ao último ramo, e reconstruir uma única célula pode demorar dois dias. Theall, um típico estudante no laboratório de Strausfeld, fará centenas de experiências como estas antes do seu doutorado estar completo.
Theall e Strausfeld nunca sabem qual das dezenas de milhares de células eles vão atingir quando baterem no corpo de um cogumelo de barata. Repetindo a experiência repetidamente, porém, eles estão reunindo uma imagem de que tipos de células existem, como essas células funcionam durante tarefas de memória de lugares, e que tipos de conexões elas formam com outras células. Célula por célula, eles esperam juntar os circuitos da estrutura.
Durante uma conversa em seu escritório, Strausfeld esboça um corpo de cogumelo, apontando vários paralelos ao hipocampo, o centro do cérebro dedicado à memória e à localização nos mamíferos. A base consiste em milhares de fibras nervosas paralelas que correm juntas como o grão de um pedaço de madeira. Mais acima da base, as fibras enviam conexões em laços que parecem cabos de jarro em uma auto-estrada; esta é a forma que ganhou esta parte do cérebro o nome “corpo do cogumelo”. As ligações voltam a unir as fibras mais acima, perto da parte superior. Strausfeld suspeita que estes caminhos em loop reúnem pedaços de informação relacionados, como a visão e o cheiro de vários marcos que uma barata encontra, um após o outro, enquanto viaja de e para a sua casa.
“A geometria da estrutura”, diz ele, “é tão estranhamente reminiscente do hipocampo”. Strausfeld e outros procuram pistas sobre se as semelhanças resultam de um parentesco profundo e antigo ou simplesmente de soluções análogas que evoluíram independentemente para ajudar a sobrevivência.
Em seu laboratório subterrâneo no Instituto de Neurociências, van Swinderen está observando uma mosca suspensa no que equivale a um teatro IMAX em miniatura. A configuração é projetada para monitorar o foco de atenção no cérebro de uma mosca. Uma tela LED envolve a mosca, mostrando uma seqüência de objetos piscando na frente de seus olhos, dois objetos de cada vez. Neste momento, é um X e um quadrado. O X está cintilando 12 vezes por segundo e o quadrado 15 vezes por segundo.
Van Swinderen inseriu um eletrodo no cérebro da mosca para monitorar sua atividade neural. As ondas cerebrais irregulares percolando através do eletrodo percorrem uma tela de computador. Enterradas nas profundezas da confusão de picos irregulares estão dois pequenos sinais: uma onda que sobe e desce 12 vezes por segundo e outra que sobe e desce 15 vezes por segundo. Essas duas ondas emanam de milhares de células cerebrais que respondem aos dois objectos cintilantes. Quanto maior o número de células que disparam em uníssono para um determinado objecto, maior é a onda correspondente. Ao notar qual onda é mais alta, van Swinderen pode dizer qual o alvo para o qual a mosca está a dirigir mais atenção.
Van Swinderen prefere chamar-lhe “saliência” em vez de “atenção”, porque ele não quer implicar que as moscas estão conscientes. Mas qualquer que seja o nome desse foco perceptivo, encontrá-lo numa mosca tem enormes implicações para a compreensão das raízes da consciência nos humanos. A cada segundo somos inundados por informações sensoriais dos nossos olhos, ouvidos, nariz, e cada centímetro da nossa pele. O holofote da atenção – o olho da nossa mente – determina que pequena fração desse influxo nós realmente admitimos em nossa consciência e, possivelmente, arquivamos como memória.
Van Swinderen freqüentemente registra ondas cerebrais simultaneamente de três locais em uma grande região cerebral de insetos chamada protocerebrum medial. À primeira vista, as ondas emaranhadas dessas áreas podem parecer tão variadas quanto os sons de Mozart, os Sex Pistols e o canto da garganta de Tuvan. Mas enquanto a mosca estiver alerta e atenta a alguma coisa, existe dentro dessa confusão um coro de neurónios que entoam o mesmo padrão de ondas em concerto nas três áreas. Esse padrão de ondas representa aquilo a que a mosca está atendendo, e à medida que sua atenção muda de uma coisa para outra, o padrão de ondas também muda. Van Swinderen pode detectar o refrão porque ele projetou cuidadosamente sua experiência com seu pequeno teatro IMAX para determinar o que a mosca vai atender. É uma bela ilustração da atenção: cada neurônio cantando a mesma música – a canção da praça.
“Atenção”, diz van Swinderen, “é um fenômeno do cérebro inteiro”. Uma coisa não é puramente visual, não é puramente olfactiva. É uma junção de diferentes partes que para nós significa uma coisa. Por que o mecanismo da mosca não poderia ser direcionado para uma sucessão de suas memórias?” ele pergunta. “Isso, para mim, é apenas um pequeno salto, saltar e um salto para longe do que pode ser a consciência.” A diferença entre as memórias de uma mosca e de um humano pode ser uma questão de grau. O humano pode armazenar muito mais memórias e, portanto, pode manter uma narrativa pessoal mais sofisticada do seu passado e presente. Mas Van Swinderen acredita que “pode ser exactamente o mesmo mecanismo numa mosca e num humano”. Embora ainda não haja evidências para decidir de qualquer maneira, o resultado poderia ser a consciência.
“Provavelmente o que a consciência requer”, diz Koch da Caltech, “é um sistema suficientemente complicado com feedback massivo”. Os insetos têm isso. Se você olhar para os corpos dos cogumelos, eles são maciçamente paralelos e têm feedback”.
As pistas químicas confirmam que pelo menos alguns processos fundamentais do cérebro são os mesmos em humanos e insetos. Van Swinderen e Rozi Andretic, um neurocientista da NSI, descobriram que moscas mutantes que produzem muito pouco do neurotransmissor dopamina têm respostas de saliência prejudicadas. Alimentar as moscas mutantes com metanfetamina – uma substância química relacionada com drogas usadas para tratar o distúrbio de défice de atenção/hiperactividade – alivia a falta de dopamina e normaliza a atenção das moscas. Mas dá metanfetamina a uma mosca normal e ela não pode atender tão bem. “Mecanismos semelhantes estão presentes em vertebrados e moscas”, disse-me Andretic. “Você precisa de concentrações óptimas de dopamina, e se tiver muito pouco ou muito, será prejudicado.” Tanto em humanos como em moscas, células libertadoras de dopamina podem ajudar a coordenar regiões cerebrais distantes envolvidas no fenómeno da atenção.
Quando se considera que os próprios neurónios são impressionantemente semelhantes em todo o reino animal, tudo começa a fazer sentido. “Você tem os mesmos blocos básicos de construção para vertebrados e invertebrados”, diz Strausfeld, “e há certas maneiras de juntar estes blocos de construção”. Então quando se trata de construir um centro cerebral como o hipocampo que pode reconhecer lugares, pode ter havido apenas uma maneira de ligar esses neurônios peculiares para fazer o trabalho – e a evolução chegou a essa mesma solução várias vezes independentemente, assim como as instruções genéticas para as asas evoluíram várias vezes em linhagens distintas.
A possibilidade mais surpreendente é que o cérebro pode ter evoluído apenas uma vez na história da vida. Primos distantes – baratas e humanos – poderiam ter herdado o projeto básico de um ancestral comum, Urbilateria, o último antepassado comum de todos os animais bilateralmente simétricos. Nenhum fóssil desta criatura é conhecido por sobreviver, mas ao estimar quanto tempo levou para que as sequências de DNA divergissem entre moscas e ratos, os geneticistas estimam que Urbilateria viveu de 600 milhões a 1 bilhão de anos atrás.
Por analogia aos invertebrados marinhos de hoje, alguns cientistas acreditam que Urbilateria escavou no fundo do mar como um adulto e nadou como uma larva, com olhos simples como os de muitas larvas marinhas vivas.
As pistas do plano cerebral de Urbilateria vêm do estudo do desenvolvimento embrionário de criaturas vivas hoje. Tanto em embriões de rato como de mosca da fruta, Detlev Arendt, um biólogo evolutivo do Laboratório Europeu de Biologia Molecular em Heidelberg, Alemanha, descobriu que as células envolvidas na formação do cérebro e do cordão nervoso se dividem em três colunas de células. Pelo menos alguns dos genes que governam a formação da coluna são os mesmos em moscas e camundongos. “Este padrão é tão específico”, diz Arendt, “que claramente o último ancestral comum deve ter tido estas três colunas”
Heinrich Reichert, da Universidade de Basileia, descobriu outra similaridade impressionante. Durante o crescimento embrionário, um gene que é similar tanto em moscas quanto em ratos (e, por implicação, em humanos) aciona o cérebro a se dividir em segmentos dianteiro, médio e traseiro. Ratos sem o gene desenvolvem graves anormalidades cerebrais. Mas a troca da versão em mosca do gene por esses ratos mutantes corrige a maioria dessas anormalidades. “Ele revela”, diz Reichert, “uma profunda relação no cérebro de moscas, peixes, ratos e homens que certamente não era esperada apenas olhando para a anatomia superficial”
Obviamente, estes genes agem cedo, enquanto o embrião é primitivo. Então Urbilateria poderia tê-los possuído e ainda não ter tido quase nenhum cérebro. A resposta final virá da identificação e comparação de mais dezenas de genes de insectos e mamíferos. De particular interesse são aqueles envolvidos na formação de estruturas complexas que desempenham papéis semelhantes, como corpos de cogumelos e o hipocampo.
“A questão de um milhão de dólares”, diz Strausfeld, “seria se os genes envolvidos no desenvolvimento dessas estruturas são compartilhados entre o rato e a mosca”. Isso, claro, seria emocionante”.”