Valetin Drăgoi, un om de ştiinţă român din Statele Unite, a câştigat o finanţare de 3,5 milioane de dolari pentru a-şi continua cercetările revoluţionare în domeniul cunoaşterii creierului uman.

Plecat din România în 1992, ieşeanul Valentin Drăgoi are acum propriul laborator în cel mai mare centru medical din lume, Texas Medical Center. Cât a studiat în ţară, a fost în mare parte autodidact. În perioada în care a fost student la Facultatea de Calculatoare şi apoi cercetător la fostului Institut Politehnic din Iaşi, Drăgoi a studiat de unul singur neurobiologia.

El îşi aminteşte că, în România anilor '80 şi '90, cărţile de neurobiologie erau numai în limbi străine şi se găseau cu greu. "Cărţile acestea circulau într-un cerc restrâns. De multe ori, aveai o carte numai pentru trei zile. Atunci, trebuia să citeşti pe rupte şi, eventual, să fotocopiezi anumite articole în regim de urgenţă", spune Drăgoi pentru EVZ. În drumul spre poziţia de profesor şi cercetător la Facultatea din Texas, Valentin Drăgoi şi-a luat doctoratul în neuroştiinţe la Duke University şi a urmat un stagiu postdoctoral la Massachusetts Institute of Technology (MIT). Laboratorul său, Drăgoi Lab, înfiinţat în 2003 la etajul şapte al Texas Medical Center, se pregăteşte acum de extindere. Decanul Şcolii Medicale din Houston şi-a dat deja acordul pentru a dubla spaţiul alocat cercetătorilor din echipa lui Drăgoi.

ŢEL O cunoaştere amplă a misteriosului creier uman

O temă de cercetare i-a adus lui Drăgoi statutul de "om liber" şi, totodată, atenţia lumii medicale. "Specialiştii din neurobiologie cunosc cum funcţionează neuronii, dar la nivel individual. Marea provocare este să vedem cum funcţionează împreună", spune Drăgoi. Creierul uman are peste 100 de miliarde de neuroni, grupaţi în reţele care conţin chiar şi 10.000 de neuroni.

În iulie 2010, un apropiat al directorului Institutului Naţional de Sănătate din Statele Unite l-a sunat pe Valentin Drăgoi pentru a-i transmite că este unul dintre cei 17 cercetători care vor primi premiul Pioneer în 2010. Pe pagina Institutului, se arată că premiul, în valoare de 3,5 milioane de dolari, se acordă anual "cercetătorilor de creativitate excepţională, care propun soluţii novatoare şi abordări care pot produce transformări majore în cercetarea biomedicală".

Într-un interviu pentru evz.ro, Valentin Drăgoi explică misterele creierului uman, de la fascinanta teorie conform căreia în timpul somnului codăm informaţiile dobândite peste zi la posibilitatea de a ne controla pornirile agresive şi de a observa mai bine mediul înconjurător, printr-o performanţă vizuală şi auditivă mai înaltă. Şi, cu ajutorul său, găsim "câştigătorii" luptei oameni vs roboţi.

Sunteti primul român care primeşte acest premiu. În ce veţi investi cei 3,5 milioane de dolari?

Pioneer Award este o înaltă onoare oferită anual unui grup restrâns de oameni de ştiinţă de la universităţi americane (anul acesta am fost 17) în toate domeniile biomedicale, incluzând aici biologia cancerului, biologia moleculară, genetică, imunologie, neurobiologie şi multe altele. Pentru a fi considerată Pioneer, cercetarea propusă trebuie să reflecte idei substanţial diferite de celelalte idei care sunt deja explorate de alţi cercetători din întreaga lume. În ceea ce mă priveşte, am obţinut date preliminare care îmi vor permite să folosesc pentru prima dată implanturi corticale wireless care vor putea transmite în timp real semnale de la un număr impresionant de mare de neuroni din multiple zone ale creierului. Aceste dispozitive vor permite înţelegerea unor fenomene inaccesibile până acum cercetătorilor, cum ar fi codarea informaţiei de către populaţiile de neuroni în timpul învăţării în medii conforme cu natura, în timpul explorării active a mediului (‘foraging') şi înţelegerea relaţiei dintre somn şi capacitatea reţelelor celulare de a coda informaţie. Aceste super-grant-uri, cum ar fi Pioneer şi EUREKA, reprezintă un fel de El Dorado financiar şi chiar mai mult, pentru orice om de ştiinţă cu ambiţii. Adică pentru o perioadă de mai mulţi ani nu îţi mai pui problema căutării surselor de sponsorizare şi atunci mintea ţi se eliberează semnificativ, în sensul creaţiei. Cu fondurile Pioneer şi EUREKA, voi angaja cercetători de top şi voi mari capacitatea laboratorului, atât în ceea ce priveşte spaţiul propriu-zis (decanul universităţii mi-a dublat deja spaţiul laboratorului), cât şi în ceea ce priveşte echipamentul.

Cum va influenţa această sumă cercetarea din Drăgoi Lab?

Întelegerea va fi la un nivel mult mai adânc. Sunt două proiecte cu părţi comune, dar scopul final este diferit. Evident, ambele vizează înţelegerea limbajului prin care un ansamblu de celulele corticale codează informaţia senzorială. În ceea ce priveşte proiectului Pioneer, accentul cade pe înţelegerea unui limbaj mult mai dinamic. Şi anume vrem să înţelegem limbajul populaţiilor neuronale nu numai în condiţii de laborator, în care subiecţii testaţi sunt staţionari, ci şi atunci când ei se mişcă într-un mediu naturalistic (n.r. conform cu natura) şi când execută activităţi care ne pot apărea în viaţa de zi cu zi, cum ar fi extragerea de informaţii prin interacţiunea cu mediul, învăţarea în timp real în astfel de medii, sau procesarea informaţiei în perioada somnului.     Domnul John Byrne, preşendintele Departamentului de Neurobiologie şi Anatomie de la universitatea unde lucraţi, vorbea despre posibile aplicaţii ale cercetării dumneavoastră în studiul Alzheimerului sau depresiei. Ce alte câmpuri de aplicaţii mai puteţi atinge?

Este devreme să vorbim despre aplicaţii clinice. Totuşi, este clar pentru toată lumea că disfuncţia sistemului nervos poate fi înţeleasă doar în momentul în care înţelegem deplin cum funcţionează circuitele neuronale şi în special în momentul în care vom reuşi să decodăm răspunsul complex al populaţiei de neuroni. Multe posibile aplicaţii clinice vor apărea din cercetarea noastră (poate nu chiar în 10 ani), dar şi din cercetările altor grupuri, care au început şi ele să vizeze interacţiunile la nivel de circuit neuronal. Cercetarea noastră poate avea însă şi aplicaţii practice. De pildă, prin învăţare se ştie că putem creşte puterea conexiunilor dintre neuroni şi chiar mi-aş putea imagina proceduri simple prin care să ne stimulăm cortexul vizual sau auditiv (n.r. zone ale creierului însărcinate cu procesarea imaginilor şi sunetelor), în vederea creşterii capacităá¹­ii de discriminare senzorială.

Ce putem face pentru a preveni "lenea cerebrală"?

Este deja cunoscut că unul din principiile funcţionării creierului este că lipsa activităţii neuronale poate duce la încetinirea, oarecum, a funcţiei mentale. Pentru întreţinerea creierului, este bine ca în permanená¹­ă să ne punem probleme, să gândim şi să încercăm să fim cât mai creativi în viaá¹­a de zi cu zi. Există teorii, de pildă, care leagă inactivitatea sau lenea cerebrală de demená¹­ă şi boala Alzheimer.  În prezent, în laborator putem prezice răspunsul comportamental, atunci când el este suficient de simplu, cu câteva fracá¹­iuni de secundă (până la câteva secunde) înainte de a se produce. Nu avem capacitatea, însă, de a prezice (pe termen lung) un anumit gen de răspuns al individului. Cu toate acestea, mi-aş putea imagina un sistem, în viitorul apropiat, care să stimuleze electric anumite zone ale creierului şi atunci când avem tendiná¹­a să devenim violená¹­i sau să dezvoltăm un comportament antisocial, zonele stimulate s-ar reechilibra în sensul eliminării sau corecá¹­iei tendiná¹­ei agresive. Cu toate acestea, metodele de stimulare electrică pe care le-am amintit (posibile în viitorul apropiat), vor necesita un implant cerebral. Fundamental, însă, nu cred că această corecá¹­ie prin feedback neuronal ne poate face cu adevărat mai buni. Ne poate corecta, să spunem, atunci când tindem să o luăm razna, dar numai educaá¹­ia ne poate schimba cu adevărat.    

Ce vă aşteptaţi să descoperiţi în ceea ce priveşte somnul? Care sunt misterele legate de perioada somnului şi evenimentele care au loc în creier în acest timp?

Somnul este un fenomen misterios. Evident, cu toţii avem nevoie de somn pentru a putea funcţiona a doua zi. Spre exemplu, o noapte pierdută poate duce la o capacitate scăzută de învăţare. Pe de altă parte, se ştie că performanţa noastră cognitivă este superioară după o noapte de somn. Ce anume se petrece în creier pentru a explica aceasta creştere a performanţei? Noi bănuim că în timpul somnului are loc o recodare, mai eficientă, a informaţiei învaţate în timpul zilei. Cu toate acestea, marea problema a cercetării din domeniul somnului este lipsa unui model animal adecvat. Există două mari linii de cercetare. Mai întâi, multe laboratoare abordează problema somnului experimentând pe şoareci sau şobolani. Deşi aceste cercetări sunt extrem de invasive - n.r. afectează subiectul - (se poate înregistra activitatea neuronilor in timpul somnului folosind tehnici electrofiziologice), problema majoră este lipsa unui comportament complex, iar aceasta limitează în mare măsură concluziile care se pot trage din acest gen de experimente. Printre neuroni: să înţelegi un film prin câteva secvenţe Pe de altă parte, relaţia dintre somn şi răspuns comportamental se mai studiază folosind subiecţi umani, numai că în acest caz studiile sunt non-invazive, adică se folosesc în general tehnici de imagistică care ofera  o rezoluţie spaţială şi una temporală extrem de scăzute. Este ca şi cum ai încerca să înţelegi o scenă complexă dintr-un film, uitându-te doar la câteva cadre. Ce propunem noi este să folosim tehnici de înregistrare wireless a activităţii populaţiilor de neuroni înainte, în timpul şi după somn, folosind modele animale, cum ar fi specia maimuţelor. Aceleaşi studii le vom putea efectua şi pe subiecţi umani în următorii 2-3 ani. Experimentele noastre vor permite înregistrarea populatiilor de neuroni atât în stare "dormantă", cât şi în acţiune, atunci când subiecţii încearcă să înveţe ceva nou.    

Publicul e fascinat de lumea visului. Cercetarea dumneavoastră va viza şi funcţionarea reţelelor de neuroni în timpul viselor? Care sunt direcţiile de cercetare, care sunt întrebările pe care vi le puneţi acum?

Visele se produc în perioadele de somn REM (Rapid Eye Movement, adică mişcări rapide ale ochilor), timp în care creierul generează oscilaţii de frecvenţă înaltă. Se ştie că creierul este activat în aceste perioade ca şi cum subiectul ar trăi o experienţă reală. Avem planuri să înregistrăm activitatea creierului în timpul viselor, numai că aici sunt două probleme. Atunci când efectuăm studii pe maimuţe, de pildă, ele nu pot raporta ce au visat şi astfel nu vom putea corela activitatea corticală cu imaginile  care apar în timpul viselor. Pe de altă parte, deşi subiecţii umani ar putea raporta imaginile din timpul viselor lor, în prezent nu avem capacitatea de a efectua experimente invazive (implicând implanturi cerebrale) pe subiecţii umani. În laboratorul meu, însă, acest lucru va fi posibil în circa 2-3 ani, atunci când sperăm să putem verifica dacă activitatea populaţiilor neuronale înregistrate în timpul somnului REM reprezintă o reverberaţie a răspunsului din perioada anterioară somnului sau codează informaţii noi.     

Anul trecut, într-un interviu acordat evz.ro, spuneaţi că, în România, "sistemul de învăţământ se plafonează exact atunci când el trebuie să producă cu adevărat". Aţi observat schimbări în bine sau încercări de schimbare, chiar şi minore, între timp?

Nu a trecut decât un an de la interviul precedent, iar această perioadă este prea scurtă pentru ca eu să fi putut observa o schimbare. Ce am observat recent la cei din sistemul universitar românesc este o surprinzătoare lipsă de interes la nivel individual, o lipsă a curiozităţii. Spre exemplu, am rămas perplex când, în iunie 2010, cu ocazia unui seminar pe care l-am ţinut la Universitatea de Medicină din Iaşi, n-am zărit decât 1-2 studenţi (audienţa a fost formată în principal din profesori). Mi s-a spus că mulţi studenţi n-au venit din cauza vremii nefavorabile (ploua torenţial la acea oră). Poate fi un motiv, dar îmi amintesc că pe vremea când eram eu student, sălile de conferinţe erau pline atunci când cel care vorbea aparţinea mediului academic vest-european sau american şi avea cu adevărat ceva de spus. Oamenii de ştiinţă din România trebuie să încerce să redescopere bucuria sinceră de a afla lucruri noi, de a învăţa despre un fenomen nou care le poate deschide orizontul şi le poate ghida paşii în viitor.     Sunteţi un cercetător care a făcut trecerea de la "reţelele de neuroni artificiali" la "reţelele neuronale biologice". Ce îi trebuie lumii roboţilor pentru a atinge inteligenţa, comportamentul uman?

În prezent,  există roboţi care pot efectua operaţiuni mai precise decât oamenii. Mă refer aici la precizia intervenţiilor chirurgicale cu asistenţa roboţilor, sau la liniile de asamblare complet robotizate din întreaga lume. Problema este însă că roboţii pot fi programaţi pentru o singură activitate. Ei pot efectua sarcini limitate, nu sunt adaptivi. Această capacitate a creierului de a extrage informaţii din mediu şi de a se adapta în permanenţă prin învăţare la schimbările care survin reprezintă esenţa diferenţei dintre "creierul" robotului şi creierul unui subiect uman sau animal.       

Câţi români fac parte din actuala echipă a laboratorului? Cât de mare este echipa?

Am început activitatea în laborator angajând doi români, Mircea Chelaru şi Bogdan Iliescu, adică un inginer electronist reprofilat ca neurobiolog şi un neurochirurg. Bogdan s-a întors în România după doi ani petrecuţi în laboratorul meu (pentru a continua cu un rezidenţiat în neurochirurgie), dar Mircea este în continuare prezent (după un stagiu în Canada) - amândoi au fost esenţiali pentru primii "paşi" ai laboratorului. În present, laboratorul numără opt membri şi peste zece colaboratori externi, iar finanţarea prezentă îmi permite să dublez numărul de cercetători. În actuala configuraţie a echipei figurează şi alţi doi români, Sorin Pojoga (care are un doctorat în fizică) şi Ariana Andrei (plecată de la 5 ani din România, dar şcolită în Canada, chiar în neurobiologie).  Sorin va părăsi laboratorul în câteva luni, dar Ariana va ramâne. Între timp am iniţiat o colaborare cu Universitatea de Medicină din Iaşi în care voi putea aduce studenţi doctoranzi români la doctorat sau postdoctorat.

Studiindu-vă cariera, am desprins că sunteţi oarecum un autodidact în neurobiologie. Vă întreb cât a contat motivaţia dumneavoastră, studiul individual, şi cum s-a adăugat peste acestea educaţia primită în SUA?

Trebuie precizat că am fost autodidact doar atunci când mă aflam în România, în timpul facultăţii şi în cei trei ani de cercetare de după absolvirea facultăţii. Neurobiologia este însă un domeniu vechi (de cel putin 100 de ani), iar când am ajuns în SUA (atât pe perioada doctoratului cât şi în etapa postdoctorală) am început un program riguros de învăţare a tehnicilor experimentale din neurobiologie şi am învăţat noi metode computaţionale care să mă ajute să analizez datele obţinute. Este însă interesant că pentru prima dată în viaţă am învăţat cum se pot pune întrebări ştiinţifice. Spre exemplu, în România toţi te învaţă să rezolvi probleme - începând cu şcoala primară şi continuând cu studiile universitare, rezolvi zilnic probleme. Şi totuşi, cum înveţi să pui o întrebare care nu s-a mai pus vreodată? Este dificil, dar consider că aici este esenţa cercetării adevărate. Trebuie să vii cu o nouă întrebare şi apoi să încerci să o rezolvi. Mulţi români excelează la rezolvarea problemelor, dar nu au ştiinţa formulării de noi întrebări, le vine greu să identifice acea "cărămidă" pe care o pot pune pe edificiul ştiinţei pentru a se putea avansa. Foarte important este şi să înveţi să scrii într-un limbaj ştiinţific coerent şi să poţi face prezentări de specialitate (în limba engleză). Acestea nu sunt lucruri atât de uşor de realizat atunci când trăieşti în Romania. Noi nu am fost educaţi de sistem să scriem folosind limbajul ştiinţific. De asemenea, în România nimeni nu te învaţă cu adevărat să vorbeşti în public, să îţi prezinţi munca în faţa unei audienţe de 50-60 de oameni din domenii diferite şi de a te face înţeles de mase. Mai multe la: site-ul Drăgoi Lab