Neurofísica

A neurofísica (ou neurobiofísica) é o ramo da biofísica que se ocupa do desenvolvimento e da utilização de métodos físicos para obter informações sobre o sistema nervoso. É uma ciência interdisciplinar que utiliza a física e a combina com outras neurociências para compreender melhor os processos neurais.

Os métodos utilizados incluem as técnicas de biofísica experimental e outras medições físicas, como o EEG,^[1] aplicados principalmente ao estudo de propriedades elétricas, mecânicas ou fluídicas, bem como abordagens teóricas e computacionais.^[2] O termo "neurofísica" é uma aglutinação de "neurônio" e "física".

Entre outros exemplos, a teorização de potenciais de ação ectópicos em neurônios utilizando uma Expansão de Kramers-Moyal^[3] e a descrição de fenômenos físicos medidos durante um EEG através de uma aproximação de dipolo^[1] utilizam a neurofísica para melhor compreender a atividade neural.

Outra abordagem teórica distinta considera os neurônios como possuindo energias de interação do Modelo de Ising e explora as consequências físicas disso para várias topologias de árvore de Cayley e grandes redes neurais. Em 1981, a solução exata para a árvore de Cayley fechada (com loops) foi derivada por Peter F. Barth para uma razão de ramificação arbitrária^[4] e verificou-se que exibia um comportamento de transição de fase incomum^[5] em suas correlações locais e de longo alcance, sugerindo que a emergência de fenômenos cooperativos estruturalmente determinados e influenciados pela conectividade pode desempenhar um papel significativo em grandes redes neurais.

Antigas técnicas de registro da atividade cerebral utilizando fenômenos físicos já estão amplamente difundidas na investigação e na medicina. A Eletroencefalografia (EEG) utiliza a eletrofisiologia para medir a atividade elétrica no cérebro. Esta técnica, com a qual Hans Berger registrou pela primeira vez a atividade elétrica cerebral num ser humano em 1924,^[6] é não invasiva e utiliza elétrodos colocados no couro cabeludo do paciente para registrar a atividade cerebral. Baseada no mesmo princípio, a eletrocorticografia (ECoG) requer uma craniotomia para registrar a atividade elétrica diretamente no córtex cerebral.

Nas últimas décadas, os físicos desenvolveram tecnologias e dispositivos para obter imagens do cérebro e da sua atividade. A técnica de Ressonância magnética funcional (fMRI), descoberta por Seiji Ogawa em 1990,^[7] revela alterações no fluxo sanguíneo dentro do cérebro. Baseada na técnica de imagem médica existente, a Ressonância magnética (MRI), e na ligação entre a atividade neural e o fluxo sanguíneo cerebral, esta ferramenta permite aos cientistas estudar as atividades cerebrais quando estas são desencadeadas por uma estimulação controlada. Outra técnica, a Microscopia de excitação de dois fótons (2P), inventada por Winfried Denk (pela qual recebeu o The Brain Prize em 2015^[8]), John H. Strickler e Watt W. Webb em 1990 na Universidade Cornell,^[9] utiliza proteínas fluorescentes e corantes para obter imagens de células cerebrais. Esta técnica combina a absorção de dois fótons, teorizada pela primeira vez por Maria Goeppert-Mayer em 1931, com lasers. Atualmente, esta técnica é amplamente utilizada na investigação e frequentemente associada à engenharia genética para estudar o comportamento de um tipo específico de neurônio.

A consciência ainda é um mecanismo desconhecido e os teóricos ainda não chegaram a hipóteses físicas que expliquem totalmente os seus mecanismos. Algumas teorias baseiam-se na ideia de que a consciência poderia ser explicada pelas perturbações no campo eletromagnético cerebral gerado pelos potenciais de ação disparados durante a atividade cerebral.^[10] Estas teorias são chamadas de Teorias eletromagnéticas da consciência. Outro grupo de hipóteses sugere que a consciência não pode ser explicada pela dinâmica clássica, mas sim pela Mecânica quântica e seus fenômenos. Estas hipóteses agrupam-se na ideia de Mente quântica^[11] e foram introduzidas pela primeira vez por Eugene Wigner.

Entre a lista de prêmios que recompensam neurofísicos pela sua contribuição para a neurologia e áreas afins, o mais notável é o The Brain Prize, cujos últimos laureados foram Adrian Bird e Huda Zoghbi pelo seu "trabalho pioneiro para mapear e compreender a regulação epigenética do cérebro e por identificar o gene que causa a síndrome de Rett".^[12] Outros prêmios relevantes que podem ser atribuídos a um neurofísico são: o Prêmio NAS em Neurociências, o Prêmio Kavli e, em certa medida, o Nobel de Fisiologia ou Medicina. Pode-se notar que o Prêmio Nobel foi atribuído a cientistas que desenvolveram técnicas que contribuíram amplamente para uma melhor compreensão do sistema nervoso, tais como Erwin Neher e Bert Sakmann em 1991 pelo patch clamp, e também a Paul Lauterbur e Peter Mansfield pelo seu trabalho em Ressonância magnética (MRI) em 2003.

• Wulfram Gerstner and Werner M. Kistler, Spiking Neuron Models, Single Neurons, Populations, Plasticity, Cambridge University Press (2002) ISBN 0-521-89079-9 ISBN 0-521-81384-0
• Alwyn Scott, Neuroscience: A Mathematical Primer, Birkhäuser (2002) ISBN 0-387-95403-1

1. Nunez, Michael; Nunez, Paul; Srinivasan, Ramesh (01-01-2016), Eletroencefalografia (EEG): neurofísica, métodos experimentais e processamento de sinais , pp. 175–197, ISBN 9781482220971, recuperado 30/06/2018