Professor
Laboratório de Neurobiologia Computacional
Laboratório de Biologia Integrativa
Cadeira Edwin K. Hunter
O laboratório de Tatyana Sharpee busca entender como o cérebro e outros sistemas biológicos funcionam enquanto seus componentes estão em constante mudança. Por exemplo, quando um bebê está crescendo, novos neurônios são adicionados aos circuitos. Durante a idade adulta, as conexões entre os neurônios são constantemente adicionadas e removidas à medida que aprendemos novas habilidades e informações. À medida que envelhecemos, começamos a perder algumas funcionalidades dessas conexões. Apesar dessas mudanças, mantemos um senso constante de identidade e podemos nos lembrar de eventos por décadas. Mesmo dentro de neurônios individuais, as proteínas são constantemente atualizadas, mas o equilíbrio certo é alcançado para garantir a sinalização apropriada por elas. No entanto, mantemos o mesmo senso de “eu” e podemos nos lembrar de eventos por décadas. Para agravar ainda mais o problema, o ambiente em que o cérebro opera muda constantemente, então Sharpee e seus colegas estão trabalhando para entender os sinais ideais aos quais o cérebro deve prestar atenção no ambiente e entender as prescrições ideais para adaptação às mudanças no ambiente.
Tatyana Sharpee está usando métodos avançados de matemática, estatística e física para mapear os princípios pelos quais os bilhões de neurônios do cérebro trocam energia e informações. Em particular, ela usa a teoria da informação (um conjunto de conceitos matemáticos comumente empregados em sistemas de comunicação e finanças) para quantificar a atividade dos neurônios e, em uma área de pesquisa, trabalha para determinar como os recursos são organizados nas partes do cérebro que são responsáveis para transmitir nossos sentidos, incluindo visão, audição e olfato. Revelar o funcionamento desses sentidos centrais ajudaria a levar a novos tratamentos e interfaces cérebro-máquina para pacientes com interrupções nesses sistemas que podem ocorrer como resultado de derrame, demência ou esquizofrenia. Além disso, Sharpee e seu grupo estão usando interrupções nos sistemas sensoriais como ferramentas de diagnóstico para encontrar novos tratamentos para uma série de distúrbios neurológicos que afetam o cérebro de forma mais ampla, incluindo autismo, doença de Alzheimer, esquizofrenia, depressão e ansiedade.
O grupo de Sharpee revelou uma nova maneira de organizar os odores e o olfato. Eles descobriram que os odores dos ambientes naturais podem ser descritos por uma superfície curva, semelhante a uma batata frita de Pringle, e matematicamente conhecido por ter uma métrica hiperbólica. Eles também descobriram que nossa percepção do cheiro é organizada de maneira semelhante, de maneira a facilitar a estimativa precisa do conteúdo da fruta com base nos odores.
Sharpee desenvolveu um esquema conciso de como os neurônios visuais podem combinar a seletividade a formas e texturas de objetos visuais.
Sharpee e colaboradores geraram uma teoria que explica quando se torna vantajoso para um organismo usar novos tipos de neurônios. Essa teoria poderia ajudar a catalogar e determinar o número de tipos neuronais separados no cérebro. As extensões dessa teoria tornam possível calcular quanta informação um grande número de neurônios transmite em conjunto sobre os estímulos que chegam. Antes, isso só era possível para alguns neurônios, e agora o método consegue acompanhar a capacidade de métodos experimentais que registram milhares de neurônios simultaneamente.
MS, Física, Universidade Nacional da Ucrânia, Kiev, Ucrânia
PhD, Física, Michigan State University
Sloan-Swartz Postdoctoral Fellow, Universidade da Califórnia, São Francisco
