Organoides cerebrais são modelos 3D, cultivados em laboratório, projetados para imitar o cérebro humano. Os cientistas normalmente os cultivam a partir de células-tronco, persuadindo-as a formar uma estrutura semelhante à do cérebro. Na última década, eles se tornaram cada vez mais sofisticados e agora podem replicar vários tipos de células cerebraisque pode comunicar uns com os outros.
Isto levou alguns cientistas a questionar se os organoides cerebrais poderiam alguma vez alcançar consciência. Kenneth Kosikum neurocientista da Universidade da Califórnia, em Santa Bárbara, explorou recentemente essa possibilidade em um artigo de perspectiva. A Live Science conversou com Kosik sobre como os organoides cerebrais são feitos, quão semelhantes eles são aos cérebros humanos e por que ele acredita que a consciência dos organoides cerebrais não será alcançada tão cedo.
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CE: O que são organoides cerebrais e como os cientistas os produzem?
Kenneth Kosik: Um organoide cerebral é feito de células-tronco. Você pode pegar qualquer pessoa e converter seus, digamos, fibroblastos de pele em células-tronco, e então diferenciá-los em neurônios. É disso que se tratam as células-tronco — células-tronco são chamadas de “pluripotentes” porque podem fazer qualquer célula do corpo.
Passamos um bom tempo antes que a tecnologia organoide surgisse, pegando células-tronco pluripotentes induzidas por humanos e induzindo-as em uma matriz bidimensional para observar a diferenciação neuronal.
Então isso nos leva até a metade do caminho. Mas isso só nos leva até duas dimensões. E então o grande insight, que veio de Yoshiki Sasai no Japão e Madalena Lancasterera pegar esses neurônios que estavam começando a se diferenciar — células relativamente em estágio inicial de desenvolvimento — e colocá-los em uma gota do que é chamado de Matrigel — um gel que pode ser líquido ou sólido, dependendo da temperatura.
Então as células estão nessa gota, e então a mágica acontece. Em vez de crescer em duas dimensões, elas começam a crescer em três dimensões. Isso me fascina completamente que quando a biologia começa a explorar a terceira dimensão, uma biologia muito nova emerge. Certamente, em duas dimensões, esses neurônios que estavam crescendo poderiam atingir uma diversidade muito ampla de tipos de células, mas eles não atingiram nenhum tipo de anatomia interessante.
Uma vez que eles estão crescendo em três dimensões, eles começam a formar relacionamentos uns com os outros, tipos de estrutura e anatomia, que têm uma semelhança muito frouxa com o cérebro. E eu realmente enfatizo a palavra “frouxo”, porque há pessoas que usam um nome impróprio para organoides cerebrais e os chamam de “minicérebros”. Eles não são cérebros de forma alguma. Eles são organoides — significando como o cérebro.
Uma questão que nos interessa profundamente, e muitos laboratórios também, é que se os organoides são como o cérebro, até que ponto eles se assemelham ao cérebro e até que ponto eles diferem? E eles diferem muito do cérebro, então você tem que ter muito cuidado com as interpretações dos organoides. Nem todo mundo acha que os organoides serão informativos para a neurociência porque o que encontramos em um organoide pode ser uma interpretação exagerada. Mas, por outro lado, [it] está formando uma estrutura tridimensional que possui algum grau de laminação [formation of layers of cells within tissue]ele tem essas rosetas nas quais, a partir do centro da roseta, você pode ver progressivamente as células se tornando mais maduras à medida que o desenvolvimento avança, o que é muito semelhante ao que acontece no cérebro.
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EC: Já existe algum organoide cerebral que capture com precisão todo o cérebro?
KK: Não há organoide que capture o cérebro inteiro. Há abordagens que tentam capturar mais do cérebro do que, digamos, apenas uma parte em que talvez nós e outros laboratórios estejamos trabalhando. Elas são chamadas de “assembloides”. [Scientists] pegue células-tronco e diferencie-as por um caminho que pode torná-las um pouco mais ventrais [front part of the] cérebro, ou um pouco mais dorsal [back part of the] cérebro, e eles os juntam, eles os fundem, para que você obtenha uma fusão mais abrangente — uma representação mais ampla, eu diria, da anatomia do cérebro.
Existem outras maneiras de fazer organoides que são um pouco mais indiscriminadas. Eles não estão direcionando as células-tronco para dorsal e ventral, eles estão colocando todas juntas. Isso é muito do que fazemos. Essas foram as técnicas que foram originadas por Lancaster. E nesse caso, é minha opinião que quando você faz dessa forma, você obtém uma representação mais ampla dos tipos de células. É isso que você ganha, mas você sacrifica a precisão anatômica porque quando você faz um assembloide, a anatomia não é ótima. Mas quando você faz isso sem diferenciar para dorsal e ventral e você coloca tudo junto, a anatomia se torna ainda mais problemática.
EC: Como você aludiu, esses organoides são semelhantes aos cérebros humanos, mas há algumas diferenças fisiológicas importantes. Você pode explicá-las?
KK: Então, uma semelhança imediata é que você vê muitos picos acontecendo.
(Nota do editor: Kosik está se referindo ao fato de que, quando um organoide é conectado a eletrodos, isso desencadeia picos elétricos, ou sinais, transmitidos entre os neurônios.)
É bastante notável, e por trás disso está a noção, que é provavelmente o que mais me intriga, de que toda essa atividade é espontânea: ela simplesmente surge com base na montagem dos neurônios.
E agora podemos olhar para as relações desses picos. Quando você faz isso, você pode fazer a pergunta, bem, se eu vejo o neurônio A disparando, qual é a probabilidade de eu ver o neurônio B disparando? Vou olhar para as relações binárias entre todos eles e estou fazendo isso com o filtro que quando o neurônio A dispara, eu só vou olhar quando outro neurônio dispara dentro de 5 milissegundos. Por que 5 milissegundos? Porque esse é o tempo que leva para a transmissão ocorrer através da sinapse. (Nota do editor: Uma sinapse é o espaço entre dois neurônios.)
E quando fazemos isso, você pode ver que eles formam uma rede. Você conecta A e B, e então conecta C e D, e então A e C. Você pode ver que os neurônios estão conversando entre si e isso surge espontaneamente.
Esse é um exemplo da maneira como um organoide faz algo que espontaneamente se assemelha ao que acontece no cérebro.
Da forma como vejo um organoide, é um veículo que tem a capacidade de codificar experiência e informação se essa experiência estivesse disponível para ele — mas não está. Ele não tem olhos, ouvidos, nariz ou boca — nada está entrando. Mas a percepção aqui é que o organoide pode estabelecer uma organização espontânea de seus neurônios para que tenha a capacidade de codificar informação, quando e se ela se tornar disponível. Isso é apenas uma hipótese.
EC: Você acha que os organoides cerebrais algum dia atingirão a consciência?
KK: Então é aí que as coisas ficam um pouco misteriosas. Acho que esse tipo de pergunta é baseada nesse termo que as pessoas têm muita dificuldade em definir: consciência.
[Based on currently fashionable theories of consciousness] Eu diria: “Não, nem chega perto.”
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CE: Você falou sobre o fato de que organoides demonstraram alguma capacidade de codificar informações, mas eles não têm experiência para fazer isso em primeiro lugar. O que aconteceria se, hipoteticamente, um organoide de cérebro humano fosse transplantado para um animal? Ele poderia então atingir a consciência?
KK: Vamos decompor isso. Antes de ser transplantado para um animal, algumas pessoas diriam que o animal já tem consciência e outras diriam [it does] não. Então, imediatamente, entramos nessa dificuldade sobre onde no reino animal a consciência começa? Então, vamos reformular a questão. Se você pegasse um animal, que pode ou não ter algum grau de consciência, e transplantasse em um organoide humano, você conferiria consciência a esse animal ou aumentaria a consciência, ou até mesmo obteria algo que se assemelhasse à consciência humana no animal? Não sei a resposta para nenhuma dessas perguntas.
Podemos fazer esses híbridos agora — então é uma boa pergunta. Mas a avaliação da consciência agora, por causa de todos os problemas sobre o que é consciência, ainda vai ser uma questão em aberto.
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CE: Temos uma ideia aproximada de prazos — a consciência é algo que pode acontecer em um futuro próximo, depois de, digamos, um certo número de anos, ou ainda é realmente incerta neste momento?
KK: A tecnologia está se movendo muito rápido. Um lugar onde podemos começar a empurrar o limite é no chamado ciborguesou interfaces organoides. Essa seria uma direção que poderia ser interessante. Talvez um pouco em direção à consciência, mas ainda mais em direção ao desenvolvimento da implementação de habilidades humanas em um desses sistemas sintéticos.
EC: Você consegue pensar em algum benefício ou desvantagem óbvio desses organoides serem capazes de atingir a consciência?
KK: Sabemos tão pouco sobre condições neuropsiquiátricas. Medicamentos neuropsiquiátricos são desenvolvidos sem entender nenhuma fisiologia profunda. Tudo isso poderia ser feito, eu acho, com organoides. Eu acho que como modelos de doenças, poderia ser muito, muito útil [for them to achieve consciousness].
O estado de sonho que tenho é desenvolvê-los como sistemas computacionais porque, agora mesmo, para fazer os tipos de cálculos muito caros que são necessários para o ChatGPT e muitos desses grandes modelos de linguagem, eles levam centenas de milhões de dólares para serem desenvolvidos. Eles exigem uma fazenda de servidores de energia para mantê-los funcionando. Estamos realmente ficando sem energia do computador. No entanto, o cérebro faz muitas dessas coisas com 20 watts. Então, um grande interesse para mim é: “Os organoides podem, se não resolverem, contribuir para as enormes demandas que estamos fazendo no sistema de energia, explorando a maneira altamente eficiente com que o cérebro, e presumivelmente o organoide, pode lidar com informações?”
Nota do editor: esta entrevista foi editada e condensada.
