À esquerda: corte do cerebelo, com fator de aumento de 40x, obtido com microscopia eletrônica (Dr. E. Zunarelli, Hospital Universitário de Modena); direita: seção de uma simulação cosmológica, com uma extensão de 300 milhões de anos-luz de cada lado (Vazza et al. 2019 A&A). Crédito: Universidade de Bolonha.

Um astrofísico da Universidade de Bolonha e um neurocirurgião da Universidade de Verona compararam a rede de células neuronais no cérebro humano com a rede cósmica de galáxias… e surgem semelhanças surpreendentes.

Em seu artigo publicado na Frontiers in Physics, Franco Vazza (astrofísico da Universidade de Bolonha) e Alberto Feletti (neurocirurgião da Universidade de Verona) investigaram as semelhanças entre dois dos sistemas mais desafiadores e complexos da natureza: a rede cósmica de galáxias e a rede de células neuronais no cérebro humano.

Apesar da diferença substancial de escala entre as duas redes (mais de 27 ordens de magnitude), sua análise quantitativa, que fica na encruzilhada da cosmologia e da neurocirurgia, sugere que diversos processos físicos podem construir estruturas caracterizadas por níveis semelhantes de complexidade e auto- organização.

O cérebro humano funciona graças à sua ampla rede neuronal, que supostamente contém aproximadamente 69 bilhões de neurônios. Por outro lado, o universo observável é composto de uma teia cósmica de pelo menos 100 bilhões de galáxias. Em ambos os sistemas, apenas 30% de suas massas são compostas por galáxias e neurônios. Em ambos os sistemas, galáxias e neurônios se organizam em longos filamentos ou nós entre os filamentos. Finalmente, em ambos os sistemas, 70% da distribuição de massa ou energia é composta de componentes que desempenham um papel aparentemente passivo: água no cérebro e energia escura no Universo observável.

A partir das características compartilhadas dos dois sistemas, os pesquisadores compararam uma simulação da rede de galáxias a seções do córtex cerebral e do cerebelo. O objetivo era observar como as flutuações da matéria se espalham por escalas tão diversas.

“Calculamos a densidade espectral dos dois sistemas. É uma técnica muito empregada na cosmologia para estudar a distribuição espacial das galáxias”, explica Franco Vazza. “Nossa análise mostrou que a distribuição da flutuação dentro da rede neuronal do cerebelo em uma escala de 1 micrômetro a 0,1 milímetros segue a mesma progressão da distribuição de matéria na teia cósmica, mas, é claro, em uma escala maior que vai de 5 milhões a 500 milhões de anos-luz.”

Os dois pesquisadores também calcularam alguns parâmetros que caracterizam tanto a rede neuronal quanto a teia cósmica: o número médio de conexões em cada nó e a tendência de agrupamento de várias conexões em nós centrais relevantes dentro da rede.

“Mais uma vez, parâmetros estruturais identificaram níveis de concordância inesperados. Provavelmente, a conectividade entre as duas redes evolui seguindo princípios físicos semelhantes, apesar da diferença marcante e óbvia entre as potências físicas que regulam galáxias e neurônios”, acrescenta Alberto Feletti. “Essas duas redes complexas mostram mais semelhanças do que aquelas compartilhadas entre a teia cósmica e uma galáxia ou uma rede neuronal e o interior de um corpo neuronal.”

Os resultados encorajadores deste estudo piloto estão levando os pesquisadores a pensar que novas e eficazes técnicas de análise em ambos os campos, cosmologia e neurocirurgia, permitirão uma melhor compreensão da dinâmica roteada subjacente à evolução temporal desses dois sistemas.

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