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, aplicados principalmente ao estudo de propriedades elétricas, mecânicas ou fluídicas, bem como abordagens teóricas e computacionais. 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 e a descrição de fenômenos físicos medidos durante um EEG através de uma aproximação de dipolo 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 e verificou-se que exibia um comportamento de transição de fase incomum 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.

Técnicas de registro 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, 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, 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), John H. Strickler e Watt W. Webb em 1990 na Universidade Cornell, 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.

Teorias da consciência 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. 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 quânticaSwan, M., dos Santos, R. P.; Witte, F. (2022). "Quantum neurobiology". Quantum Reports, 4(1), 107-126. https://doi.org/10.3390/quantum4010008 e foram introduzidas pela primeira vez por Eugene Wigner.

Prêmios 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". 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.

Ver também

Potencial de ação Cérebro Biofísica Engenharia elétrica Eletrofisiologia Neurociência molecular Engenharia neural Neuroimagem Neurofisiologia Neurociência Psicofísica Mente quântica Modelo de sóliton em neurociência

Bibliografia Wulfram Gerstner and Werner M. Kistler, Spiking Neuron Models, Single Neurons, Populations, Plasticity, Cambridge University Press (2002) Alwyn Scott, Neuroscience: A Mathematical Primer, Birkhäuser (2002)

Referências

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

Categoria:Biofísica Categoria:Sistema nervoso