IBM apresenta primeiros processadores cognitivos

O objetivo do projeto do processador cognitivo não é simular o cérebro humano, é usar o que já se sabe sobre o funcionamento dos cérebros biológicos para construir um sistema capaz de aprender e interagir com o ambiente. [Imagem: IBM]

Processador cognitivo

A IBM apresentou uma nova geração de processadores experimentais "projetados para emular as capacidades do cérebro de percepção, sensação, ação, interação e cognição," segundo nota da empresa.

Em 2009, a IBM havia feito umasimulação por software equivalente ao cérebro de um gato. Mas o esforço em torno da chamada "computação cognitiva" vem ocupando os cientistas da empresa e de seus parceiros universitários há alguns anos.

Agora, eles estão colhendo os primeiro frutos de um hardware cognitivo, ainda que a alegada emulação da "percepção, sensação, ação, interação e cognição" do cérebro biológico pareça um tanto exagerada.

O projeto chama-se Synapse (Systems of Neuromorphic Adaptive Plastic Scalable Electronics) e o objetivo é criar um sistema - que inclui hardware e software - capaz de analisar informações em paralelo e reconfigurar-se dinamicamente em tempo de execução - vale dizer, aprender com a própria tarefa que está sendo realizada.

Projeto Synapse

O objetivo do projeto do processador cognitivo não é simular o cérebro humano, é usar o que já se sabe sobre o funcionamento dos cérebros biológicos para construir um sistema capaz de aprender e interagir com o ambiente.

Sem dúvida, um passo gigantesco em relação à arquitetura da computação atual, ainda que o projeto esteja dando apenas seus primeiros passos.

Composto de cinco fases (da Fase 0 à Fase 4), a empresa alega ter agora completado a Fase 1, que é o desenvolvimento do primeiro protótipo em hardware.

A Fase 2 do projeto Synapse, que se iniciará agora, pretende integrar todo o sistema cognitivo em um único chip, simulando em computadores tradicionais o funcionamento de um processador cognitivo com 10 milhões de neurônios.

A Fase 3 consistirá na fabricação e teste do processador cognitivo de 10⁶neurônios e o projeto e simulação de um protótipo com 10⁸ neurônios.

Finalmente, a Fase 4 tentará construir um processador cognitivo com 10⁸neurônios, pronto para ser incorporado em um robô capaz de aprender.

Pesquisadores ensinam o primeiro chip cognitivo - um "cérebro" com 256 neurônios - a reconhecer padrões. [Imagem: IBM]

Processadores neuro-sinápticos

Foram apresentados dois protótipos dos novos "processadores neuro-sinápticos", que trabalham de forma totalmente diferente da arquitetura dos processadores atuais, conhecida como arquitetura Von Neumann.

Ambos possuem 256 "neurônios". O primeiro contém 262.144 sinapses programáveis e o segundo possui 65.536 sinapses reconfiguráveis.

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Ambos foram testados em aplicações simples voltados à navegação, visão de máquina, reconhecimento de padrões, memória associativa e classificação de dados.

Computação cognitiva

Os computadores cognitivos não terão que ser programados para funcionar como os processadores atuais. Em vez disso, a ideia é que eles aprendam com o uso, encontrando correlações, criando hipóteses, lembrando das experiências passadas e aprendendo com os resultados.

Apesar do nome, não há nenhum componente biológico incluído no projeto da IBM e seus parceiros: todos os "neurônios" e "sinapses" são emulações em silício, usando uma combinação de circuitos semicondutores e algoritmos de software incorporados no processador, o chamado firmware.

A IBM chama a parte inspirada pela neurociência do novo chip de núcleo neuro-sináptico, que contém a memória (a réplica das sinapses), os circuitos de cálculo (a réplica dos neurônios) e a comunicação (a réplica dos axônios).

As diferenças entre a arquitetura Von Neumann atual e a nova arquitetura cognitiva são grandes, a começar pela integração da memória e daquilo que hoje se chama processador - a parte responsável pelos cálculos - em um único chip.

O "muro de neurônios" mostra de forma luminosa o disparo de cada um dos neurônios artificiais construídos no interior dos chips cognitivos. [Imagem: IBM]

Outra grande diferença é que um chip cognitivo não possui um conjunto de instruções que possam ser programadas, já que ele está sendo projetado para aprender.

Hoje, um programador utiliza uma linguagem de alto nível, como o C ou o Java, para escrever um programa, que o compilador da linguagem traduz para o conjunto de instruções que o processador aceita. É por isso que é necessário recompilar programas para que eles rodem em processadores com arquiteturas diferentes.

A diferença mais marcante, contudo, é que um processador cognitivo terá, de forma nativa, o processamento paralelo e distribuído. Além disso, as múltiplas entradas permitidas pelos neurônios e suas sinapses significam que ele será dirigido por eventos, e não por uma sequência rígida de instruções.

Evolução dos computadores

Segundo a IBM, seu projeto tenciona construir um processador cognitivo que "rivalize com o cérebro humano" em termos de número de neurônios e consumo de energia, mas, aparentemente, não em "poder de processamento".

Calcula-se que o cérebro humano consuma cerca de 25 Watts, enquanto um processador Von Neumann atual já supera os 100 watts.

"As futuras aplicações da computação exigirão cada vez mais funcionalidades que não são alcançáveis de forma eficiente com a arquitetura tradicional. Esses chips são outro passo significativo na evolução dos computadores, de sistemas calculadores para sistemas que aprendem, sinalizando o início de uma nova geração de computadores," afirmou Dharmendra Modha, líder do projeto Synapse.

Apesar de o projeto, que conta com a parceria de seis universidades, parecer focado no hardware, o produto mais notável desse esforço até agora foi de software, que permitiu que o computador Watson vencesse humanos em um jogo não-estruturado de perguntas.

Cientistas descobrem que cérebro tem mecanismo de proteção contra derrame

             Uma pesquisa publicada no Journal of Neuroscience revela que há um mecanismo de proteção do cérebro que funciona em casos de ocorrência de um derrame. Trata-se de um mecanismo de defesa do organismo, que é acionado imediatamente quando há derramamento de sangue. A descoberta vai ajudar os cientistas a desenvolver tratamentos especiais para proteger células nervosas, especialmente as que são responsáveis pela fala e pelos movimentos.

Quando ocorre um derrame, o sangramento provoca uma interrupção do suprimento de oxigênio e de nutrientes para as células nervosas. A interrupção leva à morte das células nervosas e, dependendo da região do cérebro atingida, funções cognitivas, de fala e de movimento são dramaticamente afetadas.

Os médicos descobriram, porém, que nem todas as células são igualmente suscetíveis à falta de oxigênio e nutrientes. Há pelo menos dois tipos de células nervosas no cérebro, localizadas no hipocampo, que reagem de modo diferente. Segundo o autor da pesquisa, o neurologista Jack Mellor, da Universidade de Bristol, no Reino Unido, no hipocampo há células do tipo CA1, altamente suscetíveis a danos em consequência de um derrame, mas há também células nervosas do tipo CA3, que são muito resistentes à falta de nutrientes e oxigênio, conseguindo sobreviver por longo tempo após o derrame.

- Estamos no processo de compreender o motivo pelo qual há células nervosas resistentes ao derrame e, quando dominarmos esse processo, seremos capazes de desenvolver tratamentos para proteger as células nervosas cerebrais, inclusive aquelas que são mais sensíveis - comenta Mellor.

Os pesquisadores estão tentando simular em laboratórios as condições de um derrame e o mecanismo que protege a rede celular. O mecanismo que reduz a sensibilidade das células nervosas envolve um neurotransmissor chamado glutamato, liberado em grandes quantidades durante um derrame. Os cientistas trabalham para remover um receptor feito de proteínas que se encontra na superfície das células nervosas e que é responsável pela interação da célula com o neurotransmissor glutamato.

A remoção dos receptores de glutamato foi conseguida com a ajuda de receptores de um outro neurotransmissor, a adenosina. As células que são suscetíveis a altos danos pelo derrame não têm receptores de adenosina e não reagem ao glutamato, o que revelou que ambos estão envolvidos no processo de proteção das células nervosas cerebrais.

O derrame é especialmente difícil de ser tratado por causa de sua imprevisibilidade e pela urgência de ministrar drogas nos instantes imediatamente seguintes ao sangramento. As descobertas não alteram este quadro, mas podem apontar caminhos para que tanto a prevenção quanto o tratamento sejam mais minuciosos em nível celular, protegendo áreas do cérebro de sofrerem grandes danos.

De acordo com a Sociedade Brasileira de Neurologia, a cada cinco minutos um brasileiro é vítima de AVC, o que leva a cem mil mortes por ano. Segundo o Ministério da Saúde de 1998 a 2007 houve um aumento de 64% das internações por AVC em homens e 41% em mulheres. A forma isquêmica, em que não ocorre hemorragia, é responsável por 90% dos casos.

O que teria feito o Nazareno dos 12 aos 30 anos?

LUÍS ANTÔNIO GIRON

Luís Antônio Giron 
Editor da seção Mente Aberta de ÉPOCA, escreve sobre os principais fatos do universo da literatura, do cinema e da TV

No final do século XIX e início do XX, tornou-se moda entre muitos eruditos de renome duvidar da existência do homem Jesus Cristo. Segundo eles, Jesus não passaria de um personagem literário, um herói do quarteto de evangelistas do Novo Testamento: Mateus, Marcos, Lucas e João. Nesta segunda década do século XXI, o ceticismo se aprofundou ainda mais. Agora nem mesmo a Bíblia merece crédito nem como documento, nem como texto religioso. Os ateístas militantes rejeitam até mesmo qualidade literária das Sagradas Escrituras. Muitos padres, pastores, pregadores e gurus de autoajuda já tratam Jesus como uma figura de ficção que lhes serve para construir parábolas exemplares – utilizadas para os fins mais variados. Se nos anos 1960 o Cristo foi confundido com um líder revolucionário, um Che Guevara avant la lettre, que desejava acabar com o capitalismo antes mesmo de o capitalismo ter existido, hoje Ele (ou ele) ganhou um upgrade corporativo e foi convertido no maior gerente de RH de todos os tempos, entre outros títulos nada honrosos, porém muito práticos. Dessa forma, o cidadão Jesus Nazareno propriamente dito, nascido em Belém, na Galileia, judeu por formação e dissidente por vocação, parece experimentar uma fase de descrédito histórico. 

No livro Jesus – uma biografia de Jesus Cristo para o século XXI (Nova Fronteira, 208 páginas, R$ 39,90), o historiador britânico Paul Johnson tenta provar que Jesus existiu, e que a própria essência do Cristianismo reside em um acontecimento único na história: a presença na Terra de um sujeito que foi a um só tempo Deus e homem. Apesar de se declarar cristão, o conservador Johnson se vale de sua erudição de historiador e de métodos de interpretação contemporâneos para demonstrar sua tese: “Jesus de Nazaré foi em termos de influência, o ser humano mais importante da história.” 

O autor se baseia em fontes legítimas: a primeira epístola de São Paulo aos coríntios, escrita em 50 d.C. – o documento mais antigo que sobreviveu sobre Jesus -, as quatro biografias de Jesus redigidas em grego meio século após sua morte (os quatro evangelhos) e outros 45 relatos lançados nos primeiros cem anos que se seguiram à Crucificação. Johnson não tem dúvida de que essas fontes contêm testemunhos da passagem concreta de Jesus. Segundo ele, existe grande número de evidências sobre a existência de Jesus: “Escritores romanos seculares de épocas muito mais próximas à dele, como Plínio, Tácito e Suetônio, consideravam isso certo, assim como o preciso e consciente historiador judeu Josefo, escrevendo uma geração após a morte de Jesus.” Como se não bastasse, das quatro biografias de Jesus, uma delas foi redigida por uma testemunha ocular (João) e as outras a partir de transcrições de relatos orais de testemunhas, levadas a público entre 30 e 40 anos depois da morte de Jesus. Para Johnson, a dificuldade não é a ausência, mas a abundância de fontes. E elas foram utilizadas em cerca de 100 mil biografias de Jesus impressas em inglês, sem contar as inúmeras monografias e ensaios. Só no século XXI, de acordo com levantamento de Johnson, foram publicadas em inglês cem biografias de Jesus. 

O desafio de Johnson é apresentar, de forma racional e científica, aos leitores atuais, a personalidade de um homem “apaixonado, mas reflexivo, direto e sutil, com grande autoridade e até mesmo rígido em certos momentos, mas também infinitamente gentil, compreensivo, compassivo e amoroso, tão deslumbrante em suas excelências que aqueles próximos a ele não hesitaram em aceitar sua divindade”. Neste ponto Johnson resvala na adoração. Mas é a única vez no livro que o faz. Ele faz por merecer merece o crédito. 

Sua biografia de Jesus é uma lição de erudição contemporânea. Ele acompanha a trajetória do biografado sem perder o controle ou a lucidez. Descreve e analisa a Judeia romanizada, pertencente ao Império Romano, que serviu de berço a Jesus, seus primeiros anos e a decisão, aos 30 anos, de reformar a prática religiosa de sua terra. A passagem mais interessante do ensaio se dá no momento em que os documentos não ajudam. Os evangelhos narram o nascimento e os doze anos iniciais de Cristo. O evangelho de Lucas, que narra a infância do Cristo, interrompe-se quando José e Maria, depois de correrem Jerusalém inteira, encontram o filho perdido no templo, discutindo doutrina com os sábios judeus. José e Maria. Ao perguntar por que ele tinha fugido, o preocupado José ouve de seu filho uma frase que poderia lhe ter parecido atrevida e ofensiva: “Não sabíeis que devo estar na casa de meu pai?” Mas José e Maria compreenderam e perdoaram Jesus. 

Curiosamente, o Novo Testamento só retoma a biografia de Jesus quando está com 30 anos e decide ser batizado por João e iniciar sua pregação. Os 18 anos de formação foram ignorados. A ausência de documentos serve como deixa para Paul Johnson especular sobre a condição material e a educação de Jesus. O que teria feito Jesus entre os 12 e os 30 anos? Jonhson responde à questão sem recorrer a documentos apócrifos e desprovidos de credibilidade. 

Como filho da casa de Davi, por parte de pai e mãe (Maria e José eram parentes), Jesus gozava de uma posição social confortável. Aprendeu a ler e a escrever, e deve ter ouvido poesia da boca de sua mãe. Como Jesus não deixou textos escritos, o historiador se baseia nos registros de suas falas para dizer que Jesus era civilizado, educado, culto. Palestrava com precisão e elaborava seus sermões com clareza. “Minha crença é que ele era familiarizado com latim e grego, além de seu aramaico natal e do hebraico que falava e lia como um judeu devoto educado”, escreve Johnson. “Sua composição habitualmente poética das frases, embora natural para ele (bem como para sua mãe) também foi, suspeito, adquirida pela leitura constante de poesia, grande parte da qual sabia de cor. Essa poesia, creio, incluía não apenas textos hebraicos, como o livro de Jó, cheio de poesia, e as canções religiosas que chamamos de Salmos, mas o tesouro de poetas gregos que na época circulava pelo império. Acredito que Jesus tenha recitado passagens de Homero e Eurípedes, possivelmente também de Virgílio". 

Autodidata, Jesus não mostra fazer parte de nenhuma doutrina ou escola filosófica. Ele não gostava de seguir opiniões alheias. Era de fácil convivência e respeitava a opinião de todos com que conversava. Possuía, segundo seu biógrafo, uma imaginação “não conspurcada pela sala de aula ou o salão de conferências”. Mesmo assim, adquiriu grande conhecimento em comércio e agriculta, conforme seus ditos e parábolas demonstram. Ele deve ter trabalhado em vários ofícios. Além de aprendiz de carpinteiro, profissão de José, ele se envolveu com plantio e criação de ovelhas. Muitas vezes Jesus se refere a seus fiéis como “rebanho”. Daí ser chamado de O Bom Pastor não é apenas uma metáfora, mas um indício de que conhecia a atividade de guardador de rebanhos. E, como tal, conduziu hordas de devotos. Outra pista de seu amor ao pastoreio foi a tendência de buscar lugares altos para meditar e se manter em isolamento. Johnson rejeita as especulações segundo as quais Jesus teria feito parte da seita dos essênios, ou mesmo viajado ao oriente em busca de sabedoria e iluminação. Jesus era um homem prático. Aprendeu com o a própria experiência. Ao observar como viviam os seus conterrâneos, resolveu se dedicar ao ministério. 

Para Johnson, o cotidiano dos judeus na época do Cristo era penoso, porque controlado por uma hierarquia rígida e egoísta. Jesus agiu para transformar o culto monoteísta em uma prática popular, desprovida de classes e voltada para todos os tipos de pessoas. Por isso, afrontou o poder dos sumo-sacerdotes judeus, que colaboravam com o governador romano Pôncio Pilatos. Assumiu-se talvez presunçosamente como filho de Deus. Mas seu propósito era humilde, embora difícil: Jesus desejava que os seres humanos renunciassem à vida material em nome da espiritual. O biógrafo descreve o julgamento que levou o Cristo à cruz como um dos maiores erros da história do Direito, perpetrado pelos grandes mestres da Justiça do seu tempo: os judeus e os romanos. 

Jesus lutou para combater um mundo irracional e cruel. Um mundo não muito diferente do atual. Segundo se biógrafo, se Jesus aparecesse hoje, ele arrebanharia seguidores assim como encontraria inimigos. E seria mais uma vez crucificado, assassinado. “O cristianismo que ele legou não foi testado e fracassou”, afirma Johnson. Sua doutrina é difícil de ser cumprida. No século XXI, ainda precisaria ser posta em prática. 

A afirmação não deixa de ser herética. Mais de dois mil anos de Cristianismo foram para o historiador um período inócuo. E talvez seja tarde demais para que ele possa ser observado literalmente. Mesmo assim, se nada do que Jesus disse foi de fato praticado, se nada do que ensinou é verdade, ainda assim sua presença como ser humano se afigura fascinante. Ele teria se sacrificado por uma humanidade que não o merecia, e em nome de ideais impossíveis. Jesus Cristo homem foi vítima de seu próprio amor.

Chimp and human brains are even more alike than we thought

When we're born, the part of our brain that controls our most complex cognitive functions, such as self-awareness and creativity, isn't fully formed yet. It then starts developing very quickly...and much the same happens with chimpanzees.

Of course, chimp brains don't develop nearly as much as their human counterparts. But both species' forebrains see remarkable growth after birth. In humans, the prefrontal cortex ends up hugely enlarged, and that's crucial to the development of our unusual intelligence. So why do both humans and chimps have this built-in delay for one of the most crucial parts of their cognitive maturation?

The answer, it seems, is that this delay allows human and chimp brains to learn things they otherwise would not be able to. The delay gives their brains far greater plasticity, which, as Tetsuro Matsuzawa of Kyoto University explains, leaves "their neural network and brain function more susceptible to the influence of postnatal experience." Basically, the time spent waiting for the forebrain to enlarge is spent learning complex social interactions and establishing basic skills that will serve humans and chimps well over the course of their lives.

For humans, that development goes further, with the forebrain ultimately becoming complex enough to allow us to develop language and other unique abilities. But both humans and chimps - and, by extension, our common ancestor of roughly eight million years ago - share this ability to take advantage of an initially immature forebrain.

It's a nifty way for two of the planet's most intelligent species to have it both ways. First, we use the plasticity afforded by the still immature forebrains to soak up the basics of our society, and then our fully developed forebrains allow us to function in these complex groups. Of course, humans and chimps reach a pretty clear point of divergence in terms of their later development, but how we get to that point seems rather less unusual than we would have once imagined.

Via Current Biology. Image via National Geographic.

Breakthrough: Electronic circuits that are integrated into your skin

A team of engineers today announced a discovery that could change the world of electronics forever. Called an "epidermal electronic system" (EES), it's basically an electronic circuit mounted on your skin, designed to stretch, flex, and twist — and to take input from the movements of your body.

EES is a leap forward for wearable technologies, and has potential applications ranging from medical diagnostics to video game control and accelerated wound-healing. Engineers John Rogers and Todd Coleman, who worked on the discovery, tell io9 it's a huge step towards erasing the divide that separates machine and human.

Coleman and Rogers say they developed EES to forego the hard and rigid electronic "wafer" format of traditional electronics in favor of a softer, more dynamic platform.

To accomplish this, their team brought together scientists from several labs to develop "filamentary serpentine" (threadlike and squiggly) circuitry. When this circuitry is mounted on a thin, rubber substrate with elastic properties similar to skin, the result is a flexible patch that can bend and twist, or expand and contract, all without affecting electronic performance.

This video demonstrates the resilience of the EES patch, and how easily it can be applied. The patch (comprised of the circuitry and rubber substrate) is first mounted on a thin sheet of water-soluble plastic, then applied to the skin with water like a temporary tattoo.

How Will We Wear Our Second Skin?
So what can an EES really do for us? The short answer is: a lot. In the paper describing their new technology, published in this week's issue of Science, the researchers illustrated the adaptability of their concept by demonstrating functionality in a wide array of electronic components, including biometric sensors, LEDs, transistors, radio frequency capacitors, wireless antennas, and even conductive coils and solar cells for power.

We asked Rogers what he thought were the most promising applications for the new technology. He said medicine was the most compelling:

Our paper demonstrates our ability to monitor ECG (as a monitor of heart disease and metabolism), EMG (as a measure of, among other things, gait during walking) and EEG (as a measure of cognitive state and awareness).

We have also shown that these same devices can stimulate muscle tissue to induce contractions. When combined with sensing/monitoring, such modes of use could be valuable in physical rehabilitation. We also have interest in sleep monitoring (for sleep apnea), and neo-natal care (monitoring premature babies, in particular).

According to Rogers, the electronic skin has already been shown to monitor patients' health measurements as effectively as conventional state-of-the-art electrodes that require bulky pads, straps, and irritating adhesive gels. "The fidelity of the measurement is equal to the best existing technology that is out there today, but in a very unique skin-like form," he explained.

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What's more, the electronic skin's unique properties allow it to do things that existing biometric sensors simply can't touch. Todd Coleman, who co-led the project with Rogers, told io9 how an EES could be applied to a person's throat to serve as a communication aid:

Within the realm of biomedical applications, one can imagine providing benefits to patients with muscular or neurological disorders like ALS. For example, in the Sciencearticle, our research group used the device…to control a computer strategy game with muscles in the throat by speaking the commands.

In principle, the same function could have been achieved by simply mouthing commands rather than speaking them out loud. As such, this capability could be provided to ALS patients so that they could "speak" through an epidermal electronics system that is un-noticeable to them, and invisible to other observers.

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Eroding the Distinction Between Machine and Human
Outside the context of biomedicine, the EES's inconspicuous nature opens up a whole world of possibilities. The patches are already barely noticeable, but when mounted directly onto a temporary tattoo, for example, any evidence of electronic circuitry disappears. Coleman said:

[This technology] provides a huge conceptual advance in wedding the biological world to the cyber world in a manner that is very natural. In some sense, the boundary between the electronics world and the biological world is becoming increasingly amorphous. The ramifications of this are mind-blowing, to say the least.

I envision endless applications that extend beyond biomedical applications. For example, we could use the exact same technology – and specifically its discrete tattoo-like appearance – to perform covert military operations where an agent could communicate to the command station with these electric signals without ever speaking a word.

Coleman's statement touches on what is perhaps this most important thing about today's announcement, namely the precedent it sets for future technologies that aim to combine the organismal with the synthetic.

"The blurring of electronics and biology is really the key point here," said Northwestern University's Yonggang Huang, with whom Rogers and Coleman collaborated. "All established forms of electronics are hard, rigid. Biology is soft, elastic. It's two different worlds. This is a way to truly integrate them."

Looking to the future, Rogers echoes his colleague's sentiments. Describing what he envisions for his research group in the coming years, he said:

We would like to expand the functionality such that the devices not only seamlessly integrate with the human body in a mechanical sense, but that they also communicate and interact with the tissue in modes that go beyond electrons and photons (the ‘currency' of semiconductor device technologies), to the level of fluids and biomolecules (i.e. the ‘currency' of biology). We are hoping, in this way, to blur the distinction between electronics and the human body, in ways that can advance human health.

Additional Reading

Visit the Rogers Research Group at The University of Illinois at Urbana–Champaign

Visit the Coleman Lab at UC San Diego

Rogers and Coleman's research is published in tomorrow's issue of Science and is also availableonline.

Coração artificial só para crianças

Crianças também podem ter insuficiência cardíaca, e os casos mais graves requerem transplante. Ao contrário dos adultos, ainda não há dispositivos mecânicos aprovados no mercado que ajudem a manter crianças vivas tempo suficiente para obter um novo coração.

Agora, espera-se que a FDA, a agência de vigilância sanitária dos Estados Unidos, aprove em breve tal dispositivo. O Berlin Heart, um dispositivo mecânico projetado para assumir a função de bombeamento do coração, ganhou o apoio unânime de um painel de consultores da FDA no mês passado.

"Este é um exemplo de um dispositivo inédito que vai mudar o ciclo de vida para pacientes pediátricos que necessitam de transplantes de coração", diz Susan Cummins, diretora do setor de pediatria do Centro para Dispositivos e Saúde Radiológica da FDA.

Um estudo realizado nos EUA recentemente com 48 pacientes concluiu que o dispositivo, lançado pela primeira vez na Europa em 1996 e já usado em vários países, representa um grande avanço em relação à tecnologia atualmente utilizada conhecida pela sigla ECMO, que normalmente prolonga a sobrevivência de crianças gravemente doentes por apenas uma ou duas semanas. Outros tipos de bombas para uso em adultos, chamadas LVAD, estão no mercado há cerca de uma década.

É um mercado pequeno. Segundo algumas estimativas, menos de 4.000 americanos menores de 18 anos têm insuficiência cardíaca a cada ano (em comparação com cerca de 500.000 adultos), geralmente como resultado de um defeito cardíaco congênito ou um vírus. Não são muitos os casos que levam a circunstâncias catastróficas que necessitem de um transplante de coração. Menos de 400 transplantes de coração pediátrico são feitos anualmente nos EUA. A Berlin Heart GmbH, da Alemanha, espera vender menos de 200 de seus aparelhos por ano no país.

Como os dispositivos mecânicos para adultos, o Berlin Heart vem com riscos, incluindo acidente vascular cerebral. Mas quando funciona, as histórias são contundentes.

Sarah Cataldo foi diagnosticada com insuficiência cardíaca grave, provavelmente o resultado de um vírus, em 2006. Admitida como paciente no Hospital Infantil da Filadélfia aos 7 anos de idade, ela estava na lista para um transplante por várias semanas, mas nenhum coração compatível foi encontrado. Os médicos usaram em Sarah um ECMO, uma máquina especialmente invasiva para o coração e pulmão que requer sedação profunda, um tubo de respiração e atendimento constante na UTI. Depois de um curto período de tempo, o organismo de Sarah começou a falhar.

"Seus órgãos foram se desligando", diz a mãe, Rhonda Cataldo. "Ela estava começando a decair rápido."

Rapidamente, os médicos de Sarah conseguiram, com aprovação especial da FDA, importar um Berlin. Eles conectaram com sucesso o dispositivo ao coração de Sarah. Enquanto esperava um doador, Sarah, por ordens médicas, andava e jogava bola no hospital para recuperar suas forças. Ao contrário de quando estava com o ECMO, a menina passou a comer normalmente. Os médicos acreditam que essas características do dispositivo melhoram as chances de um transplante bem-sucedido.

Três meses e meio depois, Sarah conseguiu um coração novo. "Não sei se eu estaria viva sem [o Berlin]", diz Sarah, que completou 13 anos em julho, cinco anos depois do transplante.

Para as crianças, a espera média pelo coração de um doador é de cerca de quatro meses, de acordo com dados compilados pela Rede de Procura de Órgãos e Transplantes dos EUA. Crianças menores de seis anos enfrentam um risco de vida especialmente elevado enquanto esperam por transplantes. "Elas não têm uma opção viável", diz Gil Wernovsky, cardiologista pediátrica do Hospital Infantil da Filadélfia. "Ou morrem de insuficiência cardíaca ou por causa do ECMO."

A Berlin Heart informa que cobra cerca de US$ 75.000 para os pacientes que precisam de suporte para apenas um ventrículo, e US$ 100.000 quando os pacientes precisam de dois dispositivos.

Urine predicts prostate cancer risk

Test could reduce unnecessary needle biopsies.

Virginia Gewin

Wanted: a better screen for prostate cancer.Blend Images / Alamy

A new screening test makes use of urine, rather than blood, to identify the men most at risk of prostate cancer, and may even provide information about how aggressive a tumour is likely to be.

The standard screening test for prostate cancer is a blood test for a protein called prostate specific antigen (PSA). But PSA is also produced by non-cancerous conditions such as enlarged prostates or infection, so is not very specific. "Most men with elevated PSA levels don't have prostate cancer," says Arul Chinnaiyan, director of the Michigan Center for Translational Pathology in Ann Arbor.

Chinnaiyan and his colleagues have developed a new test that detects two markers specific to prostate cancer. One, calledTMPRSS2:ERG, is the fusion of two genes, TMPRSS2 and ERG, and is found in around half of prostate tumours found through PSA screening. The other, a non-coding RNA called PCA3, is a very sensitive marker, found in unusually high levels in more than 95% of prostate cancers.

The researchers studied 1,065 men from three academic medical centres and seven community-based hospitals, who had been shown in screening to have elevated PSA. They used their test to stratify the men into low-, intermediate- and high-score groups. Biopsies confirmed cancer in 21% of the low-score group, 43% of the intermediate group and 69% of the high group. The results are published today in Science Translational Medicine¹.

Futher studies will allow refinement of the test, but the researchers say patients in the high risk group should definitely get a biopsy. High-scoring men with a negative biopsy might also choose to be closely monitored given their high risk.

Higher urine test scores also correlated with the aggressiveness of the cancer, as determined by the size of the tumour and a standard metric of cell abnormality called the Gleason score. This is something that biopsies cannot do reliably.

The results pave the way for Gen-Probe, the molecular diagnostic company based in San Diego, California, that has licensed the test, to seek approval from the US Food and Drug Administration (FDA).

“Most men with elevated PSA levels don't have prostate cancer.”

"This is one big step towards better risk assessment for individual patients," says Jack Schalken, director of research in the urology department at Nijmegen Centre for Molecular Life Sciences in the Netherlands. It is also a significant move towards the goal of personalized medicine, he says, as different subtypes of cancer are likely to require different treatments. "Clinicians are sitting in front of only one person; we need a way to assess how aggressive that patient's cancer is."

Other researchers are cautiously optimistic. Shiv Srivastava, scientific director at the Center for Prostate Disease Research in Rockville, Maryland, says that the study is "a major advance" but that independent studies are needed across races and in more general populations to confirm whether or not the findings extend to all men. The patients in Chinnaiyan's study were mostly white, and Srivastava's recent work suggests that ERG expression is lower in prostate tumours of African American men than in those of caucasian men.²

Biomarker to bedside

Srivastava and Schalken agree, however, that the big advantage of the test over PSA is that it uses markers that are specific to prostate cancer.

Chinnaiyan's team first detected TMPRSS2:ERG in 2005³. The finding was surprising because at the time, gene fusions were thought to occur mainly in blood cancers or in rare soft-tissue tumours.

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But it makes sense, says Chinnaiyan, because the fusion combines an androgen-regulated gene (TMPRSS2) with a transcription factor (ERG). "Androgen signalling is an important driver of prostate cancer, so it's not surprising that hooking these two genes together can disrupt hormone signalling to the point of causing cancer," he says.

Chinnaiyan's team has discovered more than 25 other gene fusions that are found in smaller percentages of prostate-cancer cases, and hopes that these biomarkers will one day be added to the urine-based test to improve detection rates.

But urine-based tests are not likely to replace the PSA test any time soon. "We are initiating long-term, prospective trials to begin gathering enough data to determine whether this test could, one day, serve as a replacement," says Chinnaiyan. "But the bar will be pretty high when attempting to replace a test physicians have used for so long." 

• References

  1. Tomlins, S. A. et al. Sci. Transl. Med. 3, 94ra72 (2011).
  2. Tomlins, S. A. et al. Science 310, 644-648 (2005).