Qual a semelhança entre cérebro, sistema nervoso de minhocas e chip?

Parece pegadinha, mas não é: equipe internacional descobriu princípios organizacionais quantitativos notavelmente semelhantes nos três sistemas.

taniager

23 Abril 2010 | 18h06

Dra. Danielle Bassett com a representação do sistema neural do verme nematode C. elegans. Crédito: George Foulsham, Universidade da Califórnia de Santa Bárbara.

Dra. Danielle Bassett com a representação do sistema neural do verme nematode C. elegans. Crédito: George Foulsham, Universidade da Califórnia de Santa Bárbara.

À primeira vista, a pergunta pode parecer uma piada, mas a coisa é bem mais séria. Cientistas descobriram semelhanças notáveis entre o cérebro humano, o sistema nervoso de uma minhoca, e um chip de computador. O achado foi publicado na revista PLoS Computational Biology ontem.

A equipe internacional, composta de cientistas norte americanos, do Reino Unido e da Alemanha, descobriu princípios organizacionais quantitativos notavelmente semelhantes nos três sistemas. Estes princípios decorrem de duas propriedades básicas: arquitetura de repetição de padrões e relação entre os elementos.

A arquitetura de repetição de padrões – padrões apenas diferenciados por suas escalas – lembra as bonequinhas russas colocadas uma dentro da outra e que embora sejam idênticas em forma, elas são diferentes em tamanho.

A segunda propriedade é uma “escala de renda” – uma regra usada para descrever a relação entre o número de elementos em uma área dada e o número de ligações entre estes elementos.

Os cientistas usaram dados de domínio público, incluindo dados de ressonância magnética de cérebros humanos, um mapa do sistema nervoso do nematódeo conhecido por C. elegans, e um chip convencional de computador. Com os dados eles puderam examinar como os elementos em cada sistema se interligam.  

Embora o sistema nervoso de vermes pareça não ter nada em comum com o cérebro humano, e menos ainda com circuitos de computador, cada um desses sistemas contém um padrão de conexões que estão solidamente fixados em um espaço físico, semelhante à forma como os trilhos em uma ferrovia estão cravados solidamente no chão, formando caminhos de tráfego que fixam as coordenadas de GPS. Um chip de computador começa como um padrão de conectividade reduzido, fisicamente falando, que desempenha uma função específica. Um segundo estágio envolve o mapeamento deste padrão de conectividade para toda a superfície bidimensional do chip. Esse mapeamento é um passo fundamental e deve ser feito com cuidado, a fim de minimizar o comprimento total dos fios – um poderoso instrumento de previsão de custo de fabricação de um chip – sem perder a conectividade ou sua função.

Danielle Bassett, autora principal e pesquisadora do Departamento de Física da Universidade da Califórnia de Santa Barbara (UCSB), explica que cérebros são caracterizados por conexões precisas que fazem o organismo funcionar, mas são constrangidos pelos custos metabólicos associados ao desenvolvimento e manutenção de “longos fios”, ou neurônios. A semelhança com o chip de computador está na mesma solução encontrada em ambos para “otimizar” padrões de mapeamento, quer seja pela evolução, quer seja pela inovação tecnológica.

O resultado da pesquisa ajuda a entender com mais profundidade o que já se sabia, mas também o que ainda se sabe muito pouco, como a relação entre os elementos de processamento (neurônios ou massa cinzenta) e as “conexões” (axônios ou massa branca) no cérebro em uma ampla gama de tamanhos diferentes em mamíferos – desde um rato até o leão – que sugerem fortemente que estes princípios de projeto de sistemas nervosos são altamente conservados através das espécies.

Veja também:
Sistemas computacionais “úmidos” imitam atuação do cérebro