Como prever o impacto de pesquisas

Agência FAPESP

Em 1905, Albert Einstein publicou uma série de artigos no periódico Annalen der Physik que estabeleceu a base da Física moderna, alterando os conceitos a respeito de espaço, tempo, massa e energia. Outroannus mirabilis para a ciência foi 1953, com a publicação de um artigo naNature em que James Watson e Francis Crick descreveram a estrutura molecular do DNA.

Einstein, Watson e Crick sabiam muito bem da importância de seus trabalhos, mas não poderiam prever a dimensão do impacto que seus artigos promoveriam na ciência anos ou décadas depois.

A mesma Nature que revelou o formato de dupla hélice do ácido desoxirribonucleico acaba de lançar uma curiosa forma para prever o impacto de artigos científicos. Impacto, é bom dizer, não na comunidade científica atual, mas no mundo como um todo. E no futuro.

O SciPher é um produto de inteligência artificial feito em um “porão secreto” por especialistas da equipe editorial da revista. O sistema é capaz de prever com 100% de exatidão o efeito de uma determinada pesquisa daqui a 50 anos.

É claro que se trata de uma brincadeira. No site do SciPher, qualquer cientista pode inserir o título ou um breve resumo de sua pesquisa (em inglês) para saber o impacto do trabalho no futuro. Futuro na Terra e em outros mundos, uma vez que a base do sistema utiliza tanto o arquivo da Nature como detalhes de episódios de seriados de televisão.

O site marca a nova edição da revista, que celebra o gênero da ficção científica. A edição especial traz reportagens sobre a vida e a obra de H. G. Wells, sobre como cientistas foram inspirados por obras da ficção e uma análise do impacto de Jornada nas Estrelas– que faz 50 anos –, entre vários outros temas.

Um exemplo de como funciona o SciPher. Ao inserir o título do artigo de Watson e Crick de 1953 – Molecular Structure of Nucleic Acids: A Structure for Deoxyribose Nucleic Acid, a previsão retorna pérolas do tipo: “Sua tentativa de salvar uma base secreta de ácido desoxirribonucleico será bem sucedida, levando eventualmente à destruição de toda a vida no Universo”. Esse impacto certamente os descobridores da dupla hélice não poderiam imaginar.

Mais informações: www.nature.com/scifi-predictor 

Pesquisadores “treinam” nanotubos de carbono para realizar tarefa computacional

José Tadeu Arantes | Agência FAPESP

Uma técnica computacional, inspirada na biologia evolutiva, possibilitou que nanotubos de carbono, dispersos em cristal líquido, fossem rearranjados por meio de sinais elétricos, de modo a desempenhar o papel de um nanocircuito, capaz de executar tarefas computacionais simples. O experimento teve a participação do físico brasileiro Diogo Volpati e foi divulgado no artigo científico “Evolution of Electronic Circuits using Carbon Nanotube Composites”, publicado naScientific Reports, publicação do Grupo Nature.

Atualmente pesquisador pós-doutorando na Mid Sweden University, da Suécia, Volpati participou do estudo no contexto de sua pesquisa “Controle molecular em filmes nanoestruturados de nanotubos de carbono”, apoiada pela FAPESP.

“Em vez de criar um circuito elétrico passo a passo utilizando componentes discretos [capacitores, resistores etc.], nós 'treinamos' uma quantidade de material para que ela desempenhasse o papel do circuito e executasse a tarefa computacional de separação de conjuntos de dados. Esse treinamento foi feito por meio de um algoritmo evolutivo, baseado em conceitos da biologia”, disse o pesquisador à Agência FAPESP.

No experimento, os nanotubos foram dispersos em uma matriz de cristal líquido. E uma gota, da ordem de grandeza do microlitro, foi colada sobre um conjunto de eletrodos, que forneceram os inputs e outputs para o sinal elétrico. Sem o sinal, os nanotubos ficaram “desorientados”, isto é, posicionaram-se no meio de forma aleatória. Com o sinal, eles se reposicionaram, movendo-se no cristal líquido de acordo com as linhas de força do campo elétrico. Os pesquisadores testaram diferentes concentrações de nanotubos em matriz de cristal líquido.

A figura publicada nesta página, reproduzida da Scientific Reports, mostra esquematicamente o experimento. A área cinza corresponde à gota de cristal líquido contendo nanotubos, disposta sobre os eletrodos (linhas e pontos amarelos). No detalhe do pequeno círculo, limitado pela circunferência pontilhada vermelha, os diferentes eletrodos são conectados somente pela rede de nanotubos. Inicialmente, a falta de sinal elétrico deixa os nanotubos (segmentos pretos) desorientados. As setas em vermelho mostram os eletrodos que forneceram os estímulos elétricos de treinamento. Os eletrodos das pontas são os responsáveis por realizar a tarefa computacional, promovida pelo realinhamento dos nanotubos mediante os estímulos elétricos de treinamento.

“Basicamente, o experimento consistiu em modificar as características morfológicas e as propriedades elétricas do material [o compósito de nanotubos de carbono com cristal líquido] utilizando sinais elétricos. O objetivo da mudança foi ‘treinar’ o material para executar uma tarefa computacional dentro da rede de eletrodos”, resumiu Volpati.

A tarefa computacional realizada, a separação de dois conjuntos de dados, é extremamente simples. Mas o objetivo do experimento não era a realização de uma tarefa complexa. E, sim, apresentar a prova de princípio de que um material podia ser “treinado”.

Para “treinar” o material, os sinais elétricos destinados a rearranjar os nanotubos foram aplicados de acordo com um algoritmo evolutivo. “Tínhamos dados misturados pertencentes a duas classes distintas. E ‘pedimos’ ao material que os separasse. Cada vez que o erro na separação se mostrava grande, promovíamos a ‘evolução’ do material, fazendo passar novamente o sinal elétrico entre diferentes eletrodos. E esse processo de treinamento e realização da tarefa foi repetido várias vezes, até os erros serem reduzidos ao mínimo aceitável”, detalhou Volpati.

Como afirmou o pesquisador, não se espera que essa abordagem computacional compita com os computadores atuais, baseados em silício. Mas dispositivos de baixa potência e baixo custo poderiam ser fabricados em breve, como, por exemplo, no processamento de sinais analógicos. No longo prazo, as possibilidades são inimagináveis. A pesquisa definiu todo um novo campo de estudos a ser explorado.

“Nossa abordagem mostrou que uma pequena quantidade de material pode substituir um complexo circuito elétrico. Basta ‘treinar’ o material para que ele execute a tarefa desejada. Assim como um organismo biológico evolui e executa tarefas, mostramos que um material não biológico também pode evoluir”, conjecturou o pesquisador.

O artigo Evolution of Electronic Circuits using Carbon Nanotube Composites, publicado na Scientific Reports, pode ser acessado no endereço 

Vacina contra a dengue pode ser adaptada para o Zika, afirma diretor do Butantan

Karina Toledo  |  Agência FAPESP

A tecnologia desenvolvida na formulação da vacina brasileira contra a dengue – que contou com apoio da FAPESP e já entrou na fase final de ensaio clínico – pode ser adaptada para criar um imunizante contra o vírus Zika, afirmou o diretor do Instituto Butantan, Jorge Kalil, em entrevista concedida àAgência FAPESP.

Segundo ele, uma das possibilidades seria inserir no vírus vacinal da dengue um gene codificador de uma proteína-chave do vírus Zika. Outra ideia seria criar um vírus Zika atenuado, usando método semelhante ao empregado no desenvolvimento da vacina da dengue.

O Instituto Butantan, que integra a recém-criada Rede Zika (força-tarefa apoiada pela FAPESP e formada por cerca de 40 laboratórios), também já deu início a pesquisas voltadas ao desenvolvimento de um soro que poderia ser aplicado em gestantes infectadas para combater o vírus Zika circulante no organismo antes que ele cause danos ao feto.

Ainda durante a entrevista, Kalil falou sobre os preparativos necessários para o início da imunização dos voluntários participantes da terceira etapa de ensaios clínicos da vacina tetravalente contra a dengue, prevista para começar este mês.

“Estamos vivendo uma crise aguda de Zika, mas não podemos minimizar a dengue. É uma doença que persiste, ainda mata no país e deve vir com muita força este ano”, avaliou. Leia a seguir os principais trechos da entrevista.

Entrevista completa

Aumentar a produção de carne bovina poderiam reduzir as emissões de gases de efeito estufa no Brasil se dissociado do desmatamento

Resumo dos autores:

R. de Oliveira Silva, L. G. Barioni, J. A. J. Hall, M. Folegatti Matsuura, T. Zanett Albertini,F. A. Fernandes, D. Moran

Debate recente sobre efeito estufa agrícola destaques de mitigação das emissões de gases inerentes à forma de produzir e consumir alimentos, com crescente escrutínio sobre emissões intensivas produtos de origem animal (1, 2, 3). Embora a maioria das pesquisas tem se concentrado na mitigação através da melhoria da produtividade (4,5), sistêmica interações resultantes da produção de carne bovina reduzida a nível regional é ainda inexplorado.

Um modelo de otimização detalhada da produção de carne abrangendo degradação de pastagens e os processos de recuperação, as emissões de animais e desmatamento, carbono orgânico no solo (SOC) dinâmica e inventário de ciclo de vida a montante foi desenvolvida e parâmetros para o Cerrado brasileiro. Retorno econômico foi maximizada considerando dois cenários alternativos: dissociado pecuária-desmatamento (DLD), assumindo as taxas de desmatamento da linha de base controladas pela política eficaz; e acoplado pecuária-desmatamento (CLD), em que a inversão demanda por carne bovina altera as taxas de desmatamento. Em DLD, consumo reduzido, na verdade, leva sistemas de corte a menos produtivos, associadas com intensidades de emissão mais elevados e as emissões totais, enquanto que o aumento da produção leva a sistemas mais eficientes, com estoques de COS impulsionaram, reduzindo tanto por quilograma e emissões totais. Sob CLD, aumento da produção leva a emissões de 60% mais elevados do que em DLD. Os resultados indicam a extensão em que o controle do desmatamento contribui para a intensificação sustentável nos sistemas de carne bovina do Cerrado, e como alternativa ao ciclo de vida abordagens analíticas resultar em valores diferentes estimativas de emissão.

Cérebros mais eficientes compreendem melhor a língua mãe

Crislaine Messias, do Serviço de Comunicação Social do Campus de Ribeirão Preto

Pessoas com maior compreensão verbal da língua portuguesa têm cérebros mais eficientes. Isso pode ser uma evidência de que, para essas pessoas, o processamento cognitivo nas vias cerebrais tem mais agilidade e qualidade. Considerando o cérebro como uma rede de tráfego de informações, a maior eficiência é apenas um dos achados de que certas conexões do cérebro estão relacionadas com algum tipo de inteligência. É o que aponta estudo realizado por Gustavo Pamplona, do Programa de Pós-Graduação em Física Aplicada à Medicina e Biologia da Faculdade de Filosofia, Ciências e Letras de Ribeirão Preto (FFCLRP) da USP.O pesquisador enfatiza que esse resultado foi visto em várias regiões cerebrais, principalmente frontais e laterais. Pamplona quis verificar se regiões especificas do cérebro estão conectadas – e com que intensidade, e a partir disso entender sua relação com características de cada indivíduo, como, por exemplo, a inteligência. Além de avaliar a relação entre ligações cerebrais e índices de inteligência, o pesquisador também analisou diferenças entre conexões cerebrais quando um indivíduo está com a atenção voltada para um ponto fixo e quando está com pensamentos aleatórios.

Passo a passo dos testes

Para medir a inteligência dos participantes, foi utilizado o teste WAIS-III que, segundo Pamplona, é direcionado para adultos e consiste na realização de atividades que vão desde decorar sequências numéricas até montar quebra-cabeças tridimensionais. “Assim é possível avaliar a compreensão verbal, a percepção, a memória e a resolução de problemas”, diz Pamplona.Participaram da pesquisa 30 pessoas saudáveis, que responderam a testes aplicados pelo neuropsicólogo Gerson Silva Santos Neto, da Faculdade de Medicina de Ribeirão Preto (FMRP) da USP. Santos mediu os índices de inteligência dos participantes, avaliando as habilidades verbais, de organização, de memória e de processamento mental de cada um.Depois disso, todos foram submetidos ao exame de ressonância magnética funcional, método de diagnóstico por imagem capaz de obter informações detalhadas sobre o funcionamento do cérebro naquele exato momento. Os participantes estavam acordados e imóveis, mas livres para pensar sobre qualquer assunto.Em seguida, as imagens passaram por um tratamento computacional para aumentar a qualidade dos dados obtidos, o que garantiu em cada voluntário a análise de 82 regiões do cérebro. Foram medidos o grau de ligação entre essas 82 regiões e comparados com os resultados dos testes de inteligência.

Resultados

De acordo com Pamplona, apesar de o estudo realizado não ser diretamente clínico, contribui no entendimento do cérebro em suas funções cognitivas. “A análise das conexões cerebrais ligadas à inteligência é a primeira realizada com falantes da língua portuguesa, porém, existem alguns resultados semelhantes na Holanda, Estados Unidos e China”. Os próximos passos da pesquisa têm como objetivo a melhoria da sustentação da atenção por um indivíduo. “Isso será feito por meio de treinamento individual dentro da máquina de ressonância magnética, mostrando em uma tela um ‘termômetro’ que reflita o sinal de regiões cerebrais relacionadas à atenção”.

Conexões cerebrais

O estudo da conectividade cerebral busca verificar se regiões cerebrais específicas estão conectadas e entender suas relações com doenças e características de cada indivíduo. Esse estudo divide-se em conectividade funcional (a técnica usada pelo pesquisador), que analisa se as regiões cerebrais estão trabalhando em sincronia ao longo do tempo, e estrutural, que procura por ligações anatômicas diretas entre as regiões cerebrais através de fibras axonais – que fazem parte dos neurônios. Ambas as técnicas são concordantes e podem ser estudadas através de imagens por ressonância magnética.A pesquisa rendeu publicação na revista Frontiers in Human Neuroscience, em janeiro do ano passado, com o título “Analyzing the association between functional connectivity of the brain and intellectual performance”. A orientação foi do professor Carlos Ernesto Garrido Salmon, da Faculdade de Filosofia, Ciências e Letras de Ribeirão Preto (FFCLRP) da USP.