O cérebro humano pode criar estruturas em até 11 dimensões

Neurocientistas aproveitaram um ramo clássico de matemática de uma forma totalmente nova para avaliar a estrutura de nossos cérebros. Por meio da topologia algébrica, eles descobriram que o principal órgão do sistema nervoso está cheio de estruturas geométricas multidimensionais e pode operar em até 11 dimensões.

Estamos acostumados a enxergar o mundo por uma perspectiva tridimensional, então isso pode parecer estranho ou difícil de conceber. Porém, os resultados do estudo, publicado na Frontiers of Computational Neuroscience, poderiam ser um próximo passo importante na compreensão dos tecidos do cérebro humano – a estrutura mais complexa que conhecemos.

Esse novo modelo de cérebro foi produzido por uma equipe de pesquisadores do projeto Blue Brain, uma iniciativa da pesquisa suíça dedicada a elaborar uma reconstrução do cérebro humano via supercomputador.

A equipe utilizou topologia algébrica, um ramo de matemática aplicado no sentido de descrever as propriedades de objetos e espaços, independentemente de como eles mudaram de forma.

Eles descobriram que os grupos de neurônios se conectam em “panelinhas”, ou seja, em grupos afins, e que o número de neurônios em uma mesma “panelinha” determinaria seu tamanho como um objeto geométrico de alta dimensão.

Encontramos um mundo que nunca havíamos imaginado. Existem dezenas de milhões desses objetos, mesmo em uma pequena mancha do cérebro, através de sete dimensões. Em algumas redes, até encontramos estruturas com até 11 dimensões”, disse o líder da pesquisa, Henry Markram, neurocientista do instituto EPFL na Suíça.

Estima-se que os cérebros humanos contenham um impressionante total de 86 bilhões de neurônios, com conexões múltiplas entre cada célula e emaranhadas por todas as direções possíveis. Eles formam, desse modo, a vasta rede celular que, de alguma forma, faz com que as pessoas sejam capazes de pensar e de desenvolver a consciência.

Diante de uma quantidade tão imensa de conexões para serem analisadas, não é de se admirar que ainda não seja possível compreender, de forma minuciosa, como opera a rede neural do cérebro. Porém, a nova estrutura matemática construída pela equipe nos conduz alguns passos adiante para, um dia, desenvolver um modelo de cérebro digital.

Procedimento

Para realizar os testes matemáticos, a equipe usou um modelo detalhado de neocórtex publicado pela equipe do projeto Blue Rain, em 2015. O neocórtex é considerado a parte mais recentemente desenvolvida dos nossos cérebros no processo evolutivo. Ele se envolve em algumas de nossas funções mais complexas, como cognição e percepção sensorial.

Depois de desenvolver a linha teórica matemática e testá-la em seus estímulos virtuais, os pesquisadores também confirmaram seus resultados em tecidos cerebrais reais de ratos.

De acordo com o estudo, a topologia algébrica fornece ferramentas matemáticas para identificar detalhes da rede neural, tanto em uma visão aproximada ao nível dos neurônios individuais quanto em uma escala maior, na estrutura cerebral como um todo.

Ao conectar esses dois pontos de vista, os pesquisadores poderiam distinguir as estruturas geométricas de alta dimensão no cérebro, formadas por coleções de neurônios hermeticamente conectados (cliques) e os espaços vazios (cavidades) entre eles.

“Encontramos um número extraordinariamente alto e uma ampla variedade de cliques e cavidades ordenadas de alta dimensão, que jamais foram vistas antes em redes neurais, nem biológicas ou artificiais”, escreveram os pesquisadores no estudo.

“A topologia algébrica é como um telescópio e um microscópio ao mesmo tempo. É possível ampliar as redes para encontrar estruturas ocultas – as árvores na floresta – e enxergar os espaços vazios e as clareiras, tudo ao mesmo tempo”, diz uma das cientistas, Kathryn Hess, da EPFL.

Essas clareiras, ou cavidades, parecem ser criticamente importantes para a função cerebral. Quando os pesquisadores deram um estímulo ao tecido do cérebro virtual, perceberam que os neurônios estavam reagindo de maneira altamente organizada.

“É como se o cérebro reagisse a um estímulo ao construir e depois destruir uma torre de blocos multidimensionais, começando com hastes (unidimensionais), pranchas (bidimensionais), cubos (tridimensionais) e, enfim, geometrias mais complexas com 4D, 5D, etc”, diz um dos cientistas, o matemático Ran Levi, da Universidade Aberdeen, na Escócia.

“A progressão das atividades através do cérebro se assemelha a um castelo de areia multidimensional, que se materializa fora da areia e, depois, desintegra-se”, acrescenta Levi.

Essas descobertas fornecem uma nova imagem tentadora de como o cérebro processa as informações, mas os pesquisadores pontuaram algo que ainda não está claro: o que faz os cliques e as cavidades se formarem em suas maneiras altamente específicas.

Será necessário mais trabalho e pesquisas para determinar como a complexidade dessas formas geométricas multidimensionais formadas por nossos neurônios se correlacionam com a complexidade de diversas tarefas cognitivas.

Mas, definitivamente, esta não é a última vez que teremos notícias de novos insights que a topologia algébrica pode nos fornecer sobre o cérebro – o mais misterioso dentre os órgãos humanos.

COMPARTILHAR

DEIXE UM COMENTÁRIO:

Processo contra o Google nos EUA pode afetar o modo como você usa seu celular

Na última terça-feira (23), o Departamento de Justiça dos EUA entregou um "presente de Halloween" pouco agradável ao Google: um gigantesco processo antitruste, acusando a empresa de práticas que eliminam a competição nos mercados de …

Chilenos decidem a favor de nova Constituição por ampla maioria

Em plebiscito, quase 80% dos eleitores votam a favor de uma nova Carta Magna, em substituição à herdada da era Pinochet, e de que ela seja escrita por uma Assembleia Constituinte com igualdade entre mulheres …

'Vai comprar lá na Venezuela', rebate presidente a apoiador que reclamou de preço do arroz

O presidente Jair Bolsonaro rebateu neste domingo (25), durante passeio de moto por Brasília, crítica de apoiador sobre a alta do preço do arroz. No momento em que saia da Feira Permanente do Cruzeiro, região administrativa …

Espanha, Itália e França ampliam restrições em fim de semana com recorde de casos da Covid-19

Os líderes europeus intensificam as medidas de combate à pandemia do coronavírus, depois da alta de 42% de novos casos da Covid-19 em uma semana. A Itália reforçou neste domingo as medidas de restrição …

Pistachio, o cãozinho filhote que nasceu com pelo verde na Itália

O fazendeiro italiano Cristian Mallocci esperava uma ninhada normal de cachorros de sua cadelinha labradora. Entretanto, ao ver os filhotinhos que nasceram, ele percebeu que um era um pouquinho diferente. ‘Pistachio’, como foi nomeado posteriormente, …

Fóssil de pterossauro nunca antes visto de 100 milhões de anos é descoberto na China

Um novo gênero e uma nova espécie de pterossauro dsungaripterídeo, que viveu durante o Cretáceo Inferior, foram catalogados na China após análise de uma mandíbula inferior incompleta. Pterossauros eram répteis voadores que viveram simultaneamente com os …

A consciência é um campo energético: afirma estudo

Uma nova ideia incomum em neurociência sugere que nossa consciência é derivada de um campo de ondas eletromagnéticas emitidas pelos neurônios quando disparam suas cargas elétricas. A ideia é que essas ondas de atividade elétrica sejam …

Pais gays viram alvo de investigações na Rússia

Alguns anos atrás, o advogado Vladimir (nome modificado), morador de uma grande cidade russa, decidiu ter um filho com o auxílio de uma mãe de aluguel. Sua família inteira ficou contente quando uma menina nasceu. …

Líbano: Saad Hariri volta ao posto de primeiro-ministro para formar novo governo

Saad Hariri foi nomeado novamente primeiro-ministro do Líbano, com o desafio de chegar a um acordo com as várias forças políticas do país e formar um governo capaz de realizar as reformas necessárias para …

Alunos incentivam câmeras ligadas para que professores não ‘falem’ com telas em branco

Para amenizar a sensação de solidão de professores em aulas online, alunos norte-americanos começaram a usar o TikTok para incentivar mais estudantes a abrirem as câmeras durante encontros educacionais à distância. A usuária da rede social …