Um estudo publicado no Frontiers in Computational Neuroscience revela que as estruturas do cérebro humano podem operar em até 11 dimensões. O estudo foi conduzido pelo Blue Brain Project, uma iniciativa de pesquisa suíça.
“Nós encontramos um mundo que nunca tinha imaginado”, disse o neurocientista Henry Markram, diretor do Blue Brain Project e professor da EPFL, em Lausanne, na Suíça.
Para estudar o cérebro humano, uma das estruturas mais complexas da Terra, a equipe descobriu que a matemática tradicional não foi eficaz. “A matemática normalmente é aplicada para estudar redes e não conseguiu detectar as estruturas dimensionais e espaços que vemos agora claramente“, disse Markram.
Assim, os pesquisadores decidiram usar topologia algébrica, um ramo da matemática preocupada com a construção de invariantes algébricos associados a espaços topológicos que servem para distinguir entre eles. O Blue Brain Project procurou a ajuda dos matemáticos Kathryn Hess, da EPFL; e Ran Levi da Universidade de Aberdeen.
“Topologia Algébrica é como um telescópio e microscópio, ao mesmo tempo é possível ampliar as redes e encontrar estruturas ocultas -. As árvores na floresta – e ver os espaços vazios – as clareiras – tudo ao mesmo tempo”, explicou Hess.
Usando essa abordagem, a equipe experimentou em um modelo do neocortex publicada pelo Projeto Blue Brain em 2015 e no tecido cerebral reais de ratos. Esta técnica permitiu-lhes estudar detalhes de rede neural do cérebro, tanto ao nível dos neurônios individuais e da estrutura do cérebro como um todo.
Cliques e cavidades
Ao estimular o tecido cerebral virtual, eles descobriram que as coleções de neurônios ligados, chamados de cliques, e coleção de furos dimensionais, chamadas de cavidades. “O aparecimento da cavidade dimensional quando o cérebro está processando informação significa que os neurônios na rede reagem a estímulos de uma maneira extremamente organizada,” disse Levi.
“É como se o cérebro reagisse a um estímulo por construção, em seguida, demolir uma torre de blocos multi-dimensionais, começando com as hastes (1D), então pranchas (2D) e, em seguida cubos (3D), e em seguida, geometrias mais complexas com 4D, 5D, etc. a progressão das atividades através do cérebro se assemelha a um castelo de areia multi-dimensional que se materializa fora da areia e, em seguida, se desintegra”, adicionou Levi.
As geometrias mais complexas subiram para 11 dimensões. Os pesquisadores propuseram que “o cérebro processa estímulos através da formação de cliques funcionais cada vez mais complexos e com cavidades.”
O estudo pode também, eventualmente, ser capaz de responder a uma pergunta que há muito tempo escapou da neurociência; onde o cérebro armazena memórias? “Elas podem ser ‘escondidas’ em cavidades de altas dimensões”, disse Markram.
Esta não é a primeira vez que os pesquisadores usam topologia algébrica para estudar o cérebro. Uma equipe liderada por Ann Sizemore na Universidade da Pensilvânia tem vindo a fazer semelhante trabalho com resultados um tanto similares.
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