O que realmente acontece em nosso cérebro quando pensamos ou nos movemos? Esta questão, tão antiga quanto fascinante, toma um novo rumo graças a um estudo recente. Pesquisadores australianos revelaram um princípio de organização dos neurônios que pode redefinir nossa compreensão do cérebro humano e animal.
Imagem ilustrativa Pixabay
Os neurônios, essas células nervosas essenciais, trabalham tanto individualmente quanto em rede. Ao contrário de uma hipótese amplamente difundida, sua atividade não é exclusivamente dedicada a tarefas específicas. Na verdade, apenas 40% dos esforços neuronais são dedicados a isso, enquanto o restante serve para uma coordenação coletiva. Esta descoberta questiona a visão clássica da atividade cerebral.
Graças à imagem de cálcio, uma técnica recente que utiliza sensores fluorescentes sensíveis a diferentes níveis de cálcio, os cientistas observaram o comportamento de milhares de neurônios em tempo real. Este avanço tecnológico permitiu analisar sinais anteriormente fora de alcance, abrindo uma janela inédita sobre a dinâmica neural.
Os resultados, publicados em
Cell, mostram que a atividade dos neurônios obedece a uma estrutura fractal. Esta organização hierárquica, onde cada escala reflete as anteriores e as seguintes, otimiza a circulação de informações no cérebro. Esta estratégia combina eficiência e resiliência, um equilíbrio essencial para lidar com ambientes em constante mudança.
Para além do ser humano, essa estrutura fractal foi observada em espécies tão diversas quanto moscas-das-frutas, peixes-zebra, camundongos, macacos e até mesmo nematoides. Apesar de mais de um bilhão de anos de evolução separando esses organismos, a persistência dessa organização sugere um princípio universal de processamento de informações.
As simulações computacionais realizadas pela equipe confirmaram que essa hierarquia fractal favorece a adaptabilidade do cérebro. Ajustando constantemente a coordenação entre os neurônios, o cérebro mantém um equilíbrio sutil: suficientemente estável para o pensamento profundo, mas ágil o suficiente para reagir rapidamente.
Nos peixes-zebra, por exemplo, essa organização permite uma natação fluida, mesmo em condições mutáveis. Nos camundongos, garante uma visão precisa ao mobilizar códigos neurais específicos no nível de cada célula, embora isso os torne sensíveis a perturbações.
O estudo propõe que essa distribuição de esforços – metade colaboração, metade trabalho individual – vai além do campo do cérebro. Este princípio poderia se aplicar a outros sistemas complexos, sejam eles biológicos ou artificiais. Os pesquisadores veem nisso uma chave para entender como redes, naturais ou construídas pelo ser humano, podem aliar eficiência e robustez.
O que é uma hierarquia fractal no cérebro?
Uma hierarquia fractal é uma organização em que cada elemento de um sistema reflete as características dos níveis superiores e inferiores. No cérebro, isso significa que os neurônios se organizam em redes interligadas, onde cada escala reproduz a estrutura global.
Esse modelo otimiza a transmissão da informação. Pequenas redes gerenciam tarefas específicas, enquanto grupos maiores garantem a coordenação global. Isso permite que o cérebro funcione de maneira eficiente, mantendo-se adaptável.
A hierarquia fractal é encontrada em várias espécies, desde peixes-zebra até seres humanos. Parece, portanto, ser um princípio evolutivo fundamental para o processamento de informações.
Essa organização oferece uma vantagem chave: equilibra estabilidade e flexibilidade, permitindo que o cérebro reaja rapidamente a mudanças ou perturbações sem comprometer seu funcionamento.
Como os neurônios trabalham em equipe?
Os neurônios não se limitam a funcionar individualmente. Eles formam redes interconectadas, onde parte de sua atividade é dedicada a tarefas específicas, enquanto a outra parte é voltada à colaboração.
Essa colaboração baseia-se na transmissão de informações através de sinapses, onde os sinais elétricos são convertidos em mensagens químicas ou elétricas. Isso permite uma coordenação fluida entre as células.
Ferramentas como a imagem de cálcio mostram que essas interações seguem um modelo hierárquico fractal. Pequenos grupos de neurônios se integram a conjuntos maiores para maximizar a eficiência.
Esse trabalho em equipe é essencial para a adaptabilidade do cérebro. Ele permite que se responda aos desafios cotidianos, mantendo um funcionamento estável e duradouro.
Autor do artigo: Cédric DEPOND
Fonte: Cell