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Informática

Videogames bióticos controlam seres vivos em tempo real

Redação do Site Inovação Tecnológica - 18/01/2011

Videogames bióticos controlam seres vivos em tempo real
Uma pequena câmera - o objeto branco com a placa de circuito verde em cima - é colocada sobre o recipiente dos animais, transmitindo as imagens dos paramécios. Os bichinhos nadam em resposta a variações elétricas controladas pelo jogador através do computador.
[Imagem: L.A. Cicero/Stanford]

Um videogame capaz de controlar seres vivos em tempo real não é mais uma exclusividade da ficção.

Ingmar Riedel-Kruse e seus colegas da Universidade de Stanford, nos Estados Unidos, criaram um jogo no qual as ações do jogador influenciam o comportamento de microorganismos vivos.

Já Hang Lu e seus colegas do Instituto de Tecnologia da Georgia estão usando um projetor de LCD para acionar diretamente os neurônios e os músculos de animais, controlando inteiramente seu comportamento e seus movimentos.

Jogos bióticos

Os "jogos bióticos", ou biojogos, combinam uma série de controles eletrônicos, processos biológicos, organismos unicelulares e biotecnologia.

O objetivo inicial, segundo Riedel-Kruse, é divertir o jogador deixando-o interagir com processos biológicos sem o rigor exigido na condução de um experimento formal de laboratório.

"Nós esperamos que, ao brincar com um jogo envolvendo a biologia, em uma escala pequena demais para ser vista a olho nu, as pessoas se deem conta do quanto esses processos são impressionantes, fiquem curiosas sobre eles e queiram saber mais," diz o cientista.

A longo prazo, porém, a proposta é ir além das aplicações educacionais, permitindo a realização de experimentos científicos reais, eventualmente dentro do conceito de cientista-cidadão.

"Isso é algo para o futuro, verificar quais são os problemas de uma boa pesquisa que um leigo poderia realmente se envolver e contribuir de forma significativa," afirmou Riedel-Kruse.

Videogames bióticos controlam seres vivos em tempo real
No PAC-mecium o jogador leva os paramécios para se alimentarem de verdade.
[Imagem: Riedel-Kruse/Stanford]

Games biológicos

Até agora a equipe desenvolveu oito jogos bióticos, que se enquadram em três categorias, dependendo se o jogador interage diretamente com os processos biológicos na escala de moléculas, de células individuais ou de colônias de células.

Um dos jogos lembra o famoso Pac-Man, com a diferença de que o jogador leva paramécios para comerem de verdade - o jogo se chama PAC-mecium.

Há também o Biotic Pinball, o POND PONG e o Ciliaball.

Este último se refere aos cílios, espécies de pêlos que os paramécios usam para se mover, e que são usados para movimentar uma bola de futebol virtual.

O biojogo que opera em nível molecular chama-se PolymerRace, e emprega uma técnica chamada Reação em Cadeia da Polimerase, ou PCR (polymerase chain reaction), uma ferramenta utilizada nos laboratórios para fazer milhões de cópias do DNA de um organismo.

No PolymerRace, o jogador fica conectado à saída de várias máquinas PCR, rodando diferentes reações simultaneamente. Com foi inspirado nas corridas de cavalo, o jogador pode então apostar nas reações que ele acredita que darão seus resultados mais rapidamente.

"Há um pouco de lógica biomolecular envolvida, e um pouco de sorte," garante o pesquisador.

Videogames bióticos controlam seres vivos em tempo real
A posição dos paramécios, controlados pelo jogador, é detectada e usada para movimentar a bola virtual.
[Imagem: Riedel-Kruse/Stanford]

Console biotecnológico

Os jogos bióticos não podem ser jogados em um console qualquer: eles exigem um "console biotecnológico", que lembra mais um equipamento de laboratório.

Os paramécios ficam em um líquido no interior de um recipiente, com as condições adequadas para sua sobrevivência, e onde podem se mover livremente.

Um microscópio digital envia imagens ao vivo dos bichinhos para a tela do computador, onde o ambiente do jogo é superposto à imagem dos paramécios.

Um microprocessador rastreia o movimento dos paramécios e calcula os pontos obtidos pelo jogador.

O controle dos microrganismos é feito por um controlador especial que funciona de acordo com o jogo.

No PAC-mecium, por exemplo, o jogador controla a polaridade de um campo elétrico aplicado ao longo do recipiente, o que influencia a direção do movimento dos paramécios.

No Biotic Pinball, o jogador na verdade injeta minúsculas quantidades de um composto químico no fluido, fazendo com que os microrganismos nadem numa direção ou na outra.

Bioética

Riedel-Kruse enfatiza que os paramécios, sendo organismos unicelulares, não têm cérebro e, portanto, não têm capacidade de sentir dor. "Estamos falando de microbiologia com esses jogos, formas de vida muito primitivas. Nós não usamos organismos de nível superior," garante ele."

Mas, como vários jogadores que testaram a nova "plataforma biótica" levantaram a questão, o pesquisador afirma que seus jogos biológicos podem ser uma boa ferramenta para estimular os debates sobre questões de bioética.

Videogames bióticos controlam seres vivos em tempo real
A Dra Hang Lu e seus colegas não falam em jogos biológicos, mas estão utilizando controles eletrônicos para comandar diretamente o cérebro e os músculos de criaturas vivas (embaixo).
[Imagem: Georgia Tech/Gary Meek]

Controlando cérebro e músculos

Já a Dra Hang Lu não fala em videogames biológicos.

Mas sua equipe está utilizando controles eletrônicos para comandar diretamente o cérebro e os músculos de criaturas vivas.

Usando componentes de uma tela de cristal líquido comum (LCD), os cientistas usam as luzes vermelhas, verdes e azuis de um projetor para ativar proteínas microbianas sensíveis à luz que são inseridas geneticamente nos microrganismos.

Acionando as luzes, os cientistas podem ligar e desligar os neurônios como se fossem lâmpadas, induzindo a contração e a distensão dos músculos dos vermes, controlando inteiramente o seu movimento.

Sistema de controle animal

O sistema de controle animal inclui um projetor LCD comum, com pequenas modificações, que é usado para projetar um padrão de luzes multicoloridas sobre o animal.

O funcionamento independente dos canais vermelho, verde e azul permite aos pesquisadores ativar células excitáveis sensíveis a cores específicas e, simultaneamente, silenciar outras.

Conectando o sistema de iluminação a um microscópio e a uma câmera de vídeo, os pesquisadores podem acompanhar e registrar o comportamento dos animais em movimento livre, mantendo a iluminação no local preciso do corpo de cada um.

Quando o animal se mexe, as alterações da iluminação, incluindo intensidade e cor, podem ser atualizadas em menos de 40 milissegundos.

Optogenética

Esse campo de pesquisas é chamado de optogenética, uma mistura de técnicas genéticas e ópticas que vem dando aos cientistas um controle sem precedentes sobre os circuitos cerebrais de animais de laboratório.

Até agora, a técnica somente podia ser usada em animais grandes e envolvia a incisão de uma fibra óptica no cérebro do animal, ou a iluminação de todo o corpo da cobaia.

"Este instrumento de iluminação melhora significativamente nossa capacidade de controlar, alterar, observar e estudar como os neurônios, músculos e circuitos produzem o comportamento nos animais," disse a pesquisadora.

Bibliografia:

Artigo: Design, engineering and utility of biotic games
Autores: Ingmar H. Riedel-Kruse, Alice M. Chung, Burak Dura, Andrea L. Hamilton, Byung C. Lee
Revista: Lab on a Chip
Data: January 2011
Vol.: 2011, 11, 14-22
DOI: 10.1039/C0LC00399A

Artigo: Real-time multimodal optical control of neurons and muscles in freely behaving Caenorhabditis elegans
Autores: Jeffrey N Stirman, Matthew M Crane, Steven J Husson, Sebastian Wabnig, Christian Schultheis, Alexander Gottschalk, Hang Lu
Revista: Nature Methods
Data: 16 January 2011
Vol.: Published online
DOI: 10.1038/nmeth.1555






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