Uma estrutura complexa que evolui constantemente e se encontra entre dois estados distintos. É exatamente isso que pesquisadores da Universidade Northwestern descobriram no cérebro humano. Eles constataram que o cérebro está próximo a um ponto crítico de transição de fase, uma descoberta que pode mudar nossa compreensão de seu funcionamento.
a. Imagem de microscopia eletrônica (EM) de uma região do cérebro humano.
b. Dados de segmentação para a imagem EM em a. As cores indicam diferentes segmentos.
c. Imagem EM de uma região maior do cérebro humano com a segmentação de cinco neurônios específicos, mostrando como os mesmos neurônios podem atravessar várias vezes um mesmo plano. Os círculos destacam pequenos fragmentos difíceis de ver. O retângulo preto no canto superior esquerdo indica a região mostrada em a.
d. Reconstruções em malha 3D dos cinco neurônios destacados em c com a maior área mostrada em c indicada pelo retângulo cinza. O estudo mostra que os cérebros humanos, de camundongos e de moscas-das-frutas compartilham uma estrutura celular semelhante, próxima a uma mudança de fase. Esta constatação pode transformar os modelos computacionais do cérebro. Os pesquisadores ainda não sabem exatamente entre quais fases o cérebro se encontra, mas essa nova informação pode ajudar a entender melhor sua complexidade.
Ao examinar dados de reconstruções 3D do cérebro, os pesquisadores descobriram que essas amostras mostravam propriedades físicas semelhantes às dos ímãs quando são aquecidos. Por exemplo, a estrutura dos neurônios é fractal: as pequenas partes se assemelham ao todo.
Usando técnicas da física, os pesquisadores mediram a estrutura dos neurônios, revelando padrões repetitivos e tamanhos variados, sinais típicos de um estado crítico. Essas observações oferecem uma nova perspectiva sobre o equilíbrio delicado do cérebro entre duas fases.
Os pesquisadores descobriram que essas propriedades críticas são as mesmas entre diferentes espécies, sugerindo um princípio universal para as estruturas cerebrais. Isso pode explicar por que cérebros diferentes compartilham princípios fundamentais semelhantes e ajudar a modelar redes neurais artificiais.
Os pesquisadores planejam examinar ainda mais dados, incluindo seções maiores do cérebro de diferentes espécies, para ver se essas descobertas continuam verdadeiras. Isso pode ajudar a criar modelos simples para melhor compreender o cérebro e talvez até inspirar novas tecnologias.
Fonte: Communications Physics