Descobertas estruturas multidimensionais no cérebro humano

Esta imagem tenta ilustrar algo que não pode ser captado por nossa visão tridimensional - um universo de estruturas e espaços multidimensionais, a melhor descrição obtida até agora do nosso cérebro. À esquerda uma representação do neocórtex; à direita, formas de vários tamanhos e geometrias para tentar representar as múltiplas dimensões das redes neurais. [Imagem: Blue Brain Project]

Cérebro de alta dimensão

A maioria de nós já precisa forçar bastante a imaginação para entender o mundo em quatro dimensões - pois acabam de ser descobertas estruturas no nosso cérebro que se "esparramam" por até onze dimensões.

Usando uma técnica chamada topologia algébrica, algo nunca antes feito em neurociência, a equipe do Blue Brain Project (Projeto Cérebro Azul) descobriu um universo de estruturas e espaços geométricos multidimensionais nas redes neurais do cérebro.

Essas estruturas surgem quando um grupo de neurônios forma uma espécie de "panelinha neural": cada neurônio se conecta a todos os outros neurônios do grupo de uma maneira muito específica, gerando um objeto geométrico preciso. Quanto mais neurônios entrarem na panelinha, maior será a dimensão do objeto geométrico resultante.

A descoberta é, simultaneamente, uma novidade sem precedentes para a ciência e um balde de água fria nas pretensões iniciais da equipe: É preciso lembrar que o objetivo original do Projeto Cérebro Azul era construir um cérebro artificial em computador, copiado do cérebro real. Só que o cérebro humano está-se mostrando muito mais complicado do que os cientistas imaginavam a princípio.

"Nós descobrimos um mundo que nunca tínhamos imaginado. Existem dezenas de milhões desses objetos, mesmo em uma pequena partícula do cérebro, através de sete dimensões. Em algumas redes, encontramos estruturas com até onze dimensões," disse o neurocientista Henry Markram, diretor do projeto e professor da Escola Politécnica Federal de Lausanne (Suíça).

Ele afirma que essas estruturas até agora desconhecidas podem explicar por que tem sido tão difícil entender o cérebro: "A matemática geralmente aplicada para estudar redes não consegue detectar as estruturas e espaços de alta dimensão que agora vemos claramente".

Cérebro visto pela matemática

Se o mundo 4D - as três dimensões espaciais mais o tempo - já força nossa imaginação, mundos com 5, 6 ou mais dimensões são muito complexos para a maioria dos seres humanos compreenderem - se é que algum os compreende.

É aqui que entra a topologia algébrica, um ramo da matemática que consegue descrever sistemas com qualquer número de dimensões, ainda que seja impossível visualizá-los.

"A topologia algébrica é como um telescópio e um microscópio ao mesmo tempo. Ela pode ampliar as redes para descobrir estruturas escondidas - as árvores na floresta - e ver os espaços vazios - as clareiras - tudo ao mesmo tempo," explicam os matemáticos Kathryn Hess e Ran Levi, responsáveis por esta nova neuromatemática.

A grande questão que os pesquisadores estão se colocando agora é se a complexidade das tarefas que realizamos tão naturalmente depende da complexidade dos "castelos de areia" multidimensionais que o cérebro pode construir - as redes multidimensionais formam-se e se destroem o tempo todo.

Também será interessante se essa multidimensionalidade der alguma pista para a memória - não há teorias razoáveis para explicar como e onde o cérebro armazena nossas memórias. "Elas podem estar 'se escondendo' em cavidades de alta dimensionalidade," especula Markram.

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