Santiago Ramón y Cajal, cientista espanhol que descobriu a estrutura dos neurônios e ganhou o Prêmio Nobel em 1906, estabeleceu a base para a compreensão moderna do cérebro. Cada cérebro humano contém cerca de 86 bilhões de neurônios — número muito superior aos 8 bilhões de habitantes do planeta. Ramón y Cajal revelou que os neurônios se interligam por longos filamentos, os dendritos e axônios. Cada neurônio recebe sinais elétricos de dezenas de outros através de sinapses nos dendritos e, conforme é estimulado ou inibido, envia sinais pelo axônio.
A analogia da rede elétrica
Essa descoberta gerou a analogia que persiste até hoje: o cérebro seria uma gigantesca rede de interconexões elétricas, similar à rede elétrica ou telefônica que conecta países, cidades e residências. O modelo foi reforçado ao se descobrir que os axônios conectam, por exemplo, os olhos às regiões cerebrais da visão e as áreas que controlam os movimentos musculares.
Essa rede que conecta os 86 bilhões de neurônios é chamada de conectoma, e está longe de ser totalmente mapeada. Um dos objetivos dos neurocientistas é construir um mapa completo do conectoma, acreditando que isso permitirá entender como o cérebro funciona, armazena memórias e produz a consciência. Nessa visão, a forma ou geometria do cérebro é irrelevante; o importante é quais partes estão conectadas — como em um circuito elétrico, onde importa qual interruptor acende a lâmpada, não sua posição na parede.
Estudo australiano desafia o paradigma
No entanto, um estudo publicado esta semana sugere que essa maneira de imaginar o cérebro pode estar errada ou incompleta, potencialmente revolucionando nossa compreensão. Segundo os pesquisadores, a mudança de paradigma pode ser comparável à substituição da visão newtoniana pela teoria da relatividade de Einstein.
Atualmente, cientistas utilizam máquinas de ressonância magnética funcional para observar quais regiões cerebrais estão ativas ou inativas durante repouso ou atividades como ver um filme, ler, andar ou falar. Esses exames produzem filmes que mostram a atividade neuronal, que se espalha pelo cérebro como ondas. A teoria clássica atribui essa propagação unicamente à estrutura do conectoma.
Eigenmodes: a geometria importa
Em muitos sistemas físicos, as propriedades observadas dependem da forma do objeto — algo que a teoria do conectoma ignora. Exemplos incluem a produção de som por um tambor, a transmissão de luz em fibra óptica e o movimento de correntes elétricas em materiais. Nesses casos, modelos matemáticos baseados na geometria, composição e organização do objeto explicam seu comportamento.
Um grupo de cientistas australianos decidiu aplicar esses modelos físico-matemáticos, conhecidos como eigenmodes, para explicar a ativação e propagação da atividade neuronal durante diferentes tarefas. Utilizando 10 mil filmes de atividade cerebral obtidos de pacientes, eles compararam a capacidade preditiva dos modelos baseados em conectoma com os baseados em eigenmodes. Para surpresa dos pesquisadores, os modelos de eigenmodes não apenas conseguiram simular a atividade cerebral, mas também se mostraram superiores aos modelos de conectoma para explicar os dados reais.
Implicações e futuro das pesquisas
Esses resultados indicam que o funcionamento do cérebro pode ser diferente do que se imaginava. Se confirmados, será necessário construir novos modelos — talvez mais simples, talvez mais complexos — para compreender o cérebro, abandonando ou complementando as teorias tradicionais do conectoma.
Ainda é cedo para prever o impacto dessa descoberta nas pesquisas, mas mudanças de paradigma na história da ciência frequentemente aceleram o progresso, que antes estava bloqueado por conceitos incorretos ou incompletos. Assim como a astronomia avançou ao substituir o modelo geocêntrico pelo heliocêntrico, essa nova abordagem pode gerar intenso debate e abrir novas fronteiras na neurociência.
Mais informações: Geometric constraints on human brain function, Nature.
