O cérebro humano é um complexo labirintos de caminhos em constante tráfego – rotas são criadas, fortalecidas e desmontadas diariamente. Toda essa infraestrutura é composta de bilhões de neurônios que se comunicam uns com os outros continuamente através dessas rotas em contínua transformação. Permitir essa comunicação é papel das sinapses, e há um quatrilhão de sinapses em um só cérebro humano.
Se isso parece já complicado o suficiente, imagine mapear toda essa estrutura usando um modelo matemático de onze dimensões.
Um grupo de pesquisadores do Blue Brain Project, projeto suíço destinado a construir digitalmente um modelo do cérebro humano, publicou um estudo na revista Frontiers in Computational Neuroscience, em que usa topologia algébrica para revelar a arquitetura multidimensional do cérebro. A topologia algébrica é um ramo da matemática destinado a estudar espaços topológicos como esferas, nós e tori.
A matemática Kathryn Hess, explica que “a topologia algébrica é como um telescópio e um microscópio ao mesmo tempo – ela pode dar um zoom em redes de conexões para encontrar estruturas escondidas, como árvores numa floresta, e ver os espaços vazios, as clareiras da floresta, tudo ao mesmo tempo”
Em 2015, o time de cientistas publicou a primeira cópia digital de um pedaço do neocortex, a parte mais desenvolvida do cérebro. Em sua última pesquisa, usando a topologia algébrica, múltiplos testes foram feitos no tecido virtual para verificar se as estruturas multidimensionais identificadas eram resultado do acaso ou representavam a forma precisa de funcionamento do cérebro. A seguir, a equipe confirmou os resultados do modelo matemático virtual ao testá-los em tecido cerebral real e observar o mesmo funcionamento. Ao fim, ficou constatado que o cérebro, quando recebe um estímulo, processa a informação utilizando tantas estruturas multidimensionais quanto possível.
A equipe de neurologistas, físicos, matemáticos e engenheiros computacionais inicialmente focou seu trabalho em “cliques” e “cavidades”, a fim de representar as estruturas e espaços no interior do cérebro. Quando neurônios formam um “clique”, eles se conectam a cada outro neurônio do mesmo grupo de um modo que todos formam um objeto geométrico definido. Quantos mais neurônios participam de um “clique”, mais conexões todos os neurônios formam entre si, e maior é a dimensão do objeto geométrico.
“Nós descobrimos um mundo que jamais imaginamos existir”, disse o neurocientista Henry Markram, diretor do Blue Brain Project, em uma entrevista à renomada revista digital EurekAlert. “Há dezenas de milhões desses objetos mesmo em uma pequena fração do cérebro, ocupando no modelo matemático que elaboramos mais de sete dimensões. Em algumas redes de conexões de neurônios, nós até mesmo encontramos estruturas com mais de onze dimensões”.
O propósito desse estudo é elaborar uma representação matemática que revele as interações multidimensionais do cérebro. Após construir um modelo básico do cérebro humano, a medida em que a equipe analisava como novas conexões se formavam entre os neurônios, progressivamente precisou acrescentar novas dimensões para descrever as estruturas que se formavam .
Um dos membros da equipe, o matemático Ran Levi, da Aberdeen University, explicou o procedimento: “o surgimento de dimensões matemáticas mais elevadas quando o cérebro está processando informações significa que os neurônios da rede de conexões reage a um estímulo de forma extremamente organizada. É como se o cérebro reagisse a um estímulo construindo e depois destruindo uma torre de blocos multidimensionais, começando com uma, duas e trës dimensões e logo depois passando a formas geométricas de quatro, cinco e até mais dimensões. A progressão de uma atividade do cérebro é como um castelo de areia multidimensional que se materializa a partir de grãos de areia dispersos e depois se desintegra”.
O estudo afirma que suas descobertas são biologicamente relevantes e sugere que o cérebro constantemente reconecta seus neurônios durante o desenvolvimento para construir uma estrutura multidimensional. A grande questão agora para a equipe de cientistas é descobrir se as complexas atividades que desempenhamos depende da complexidade dos “castelos de areia” (conjuntos de conexões multidimensionais) que o cérebro pode construir. Neurocientista há tempos têm buscado descobrir onde o cérebro guarda nossas memórias. “Elas podem estar escondidas nas regiões mutidimensionalmente mais elevadas do cérebro”, Markram especula.
- Pergaminho pode revelar os segredos do culto a Orfeu - 23/10/2024
- O furacão Milton é assustador, e é apenas o começo - 09/10/2024
- Yacuruna, espíritos dos rios amazônicos - 15/09/2024