Células cerebrais projetadas para imaginar espaços seguem algumas regras incompreensíveis para ajustar todas essas informações.

Existe um mapa de cada quarto em que você dormiu dentro do seu cérebro. Cada espaço de cozinha que você usou. Cada cidade em que você viveu, cada nação que você visitou nas férias. Mesmo um mapa desgastado de cada universo em que você sonhou está presente.

De acordo com um estudo sobre cérebros de ratos realizado por pesquisadores nos Estados Unidos, é possível encaixar essa enorme quantidade de informações específicas em uma pequena tapeçaria de neurônios graças a uma matemática extremamente brilhante.

Além de revelar como nosso cérebro se lembra de tipos específicos de dados, esses padrões recentemente revelados de organização de células cerebrais que descrevem a representação mental do espaço físico também podem esclarecer casos em que a memória e o mapeamento dão errado.

Quando você entra em uma sala pela primeira vez, seu cérebro rapidamente recruta neurônios para esboçar rapidamente o espaço. Mesmo que a colocação dessas células de lugar não reflita exatamente a disposição da sala, seu piscar sincronizado permite que nos localizemos dentro de um espaço físico.

"

À medida que os humanos se acostumam com o ambiente, essas células, organizadas em redes conhecidas como campos de lugar, são repetidamente reconfiguradas. Isso resulta em uma rede cada vez mais rica de células que ondulam com respostas associadas.

A natureza exata de como essa hierarquia de atividade conectada surge e funciona permaneceu em grande parte uma questão em aberto, pelo menos de uma perspectiva matemática, até agora.

Em um trabalho recente, a neurobióloga computacional Tatyana Sharpee, do Instituto Salk de Estudos Biológicos, e sua equipe examinaram como as células nervosas se comportavam em uma região do hipocampo do rato que é crucial para a memória de localizações espaciais.

Os pesquisadores testaram alguns roedores adultos em uma pista reta de 48 metros (157 pés), enquanto sua atividade cerebral foi registrada enquanto eles completavam as corridas, usando uma abordagem desenvolvida anteriormente para analisar células de lugar em ratos enquanto eles corriam por labirintos.

Dependendo de sua proximidade física ou de como células distintas respondem umas às outras, existem várias maneiras de modelar uma série de mensagens transmitidas por uma rede.

Ironicamente, a geometria conhecida como hiperbólica, que é difícil para o nosso cérebro visualizar, foi a mais adequada para uma análise da hierarquia de impulsos oscilando através de uma rede de células de lugar em ratos.

Se quiser, imagine um chefe no topo de um prédio de escritórios comum, sentado sozinho no chão. Todos os executivos abaixo do chefe têm espaços de trabalho opulentos. Os gerentes intermediários estão amontoados em suítes ligeiramente menores abaixo deles. Um grande grupo de trabalhadores se amontoa em um andar com muitos cubículos mais abaixo.

Conforme você desce pelos andares e o número de departamentos adicionais aumenta, essa organização “linear” rapidamente fica sem espaço para cada funcionário.

Os andares inferiores, que ficam exponencialmente maiores e seguem um conjunto separado de restrições nos ângulos que as linhas de interseção produzem à medida que se ligam a vários componentes, não teriam problemas para acomodar novos departamentos, no entanto, se um arranha-céu de escritório fosse construído utilizando geometria hiperbólica.

Embora a ilustração acima possa ser usada para ilustrar uma hierarquia hiperbólica no espaço plano, em um ambiente tridimensional, todos esses triângulos seriam do mesmo tamanho (sim, tentar imaginar isso vai machucar seu cérebro). As pontas externas, portanto, enrolariam com sua circunferência extra, como um chapéu flexível, se fosse um pedaço de material.

Hierarquias hiperbólicas são uma abordagem mais eficaz para representar distâncias e coisas em nossos cérebros quando nos visualizamos em um espaço porque empregam matemática comparável para descrever as relações entre vários pontos de atividade em uma cascata de operações.

Quando os ratos foram apresentados a um novo ambiente, os pesquisadores estudaram a matemática de como campos simples de células de lugar eram imediatamente gerados e desenvolvidos ao longo do tempo em campos mais sofisticados de acordo com uma expansão logarítmica.

“Nosso estudo demonstra que o cérebro nem sempre age de maneira linear. Em vez disso, as redes neurais funcionam ao longo de uma curva em expansão, que pode ser analisada e compreendida usando geometria hiperbólica e teoria da informação”, diz Sharpee.

De acordo com pesquisas recentes, os sistemas olfativos na biologia também seguem uma hierarquia hiperbólica, que permite aos animais classificar os odores de maneiras muito mais complicadas e variadas do que poderiam com um sistema linear.

De acordo com os pesquisadores por trás do estudo atual, as representações hiperbólicas em nossa consciência espacial, que dependem principalmente das informações próximas, se adaptam melhor à reestruturação que vem com um mapa mental em expansão. Além disso, localizar o corpo no espaço é mais preciso do que se o mapa tivesse sido criado usando um modelo linear.

Efeitos semelhantes em humanos podem ser medidos para ajudar a desenvolver modelos de doenças, particularmente nas áreas da neurologia que lidam com memória e consciência espacial.

Num nível mais poético, é encantador perceber que o crescimento sem fim do nosso Universo físico se reflete na expansão do nosso Universo mental. Embora todas as evidências até agora indiquem que nosso universo tem uma forma plana, alguns modelos se perguntam se o próprio espaço-tempo ainda pode ser ligeiramente curvo.

“Você pensaria que a geometria hiperbólica só se aplica a uma escala cósmica, mas isso não é verdade”, diz Sharpee.

“Nossos cérebros funcionam muito mais devagar do que a velocidade da luz, o que pode ser uma razão para que os efeitos hiperbólicos sejam observados em espaços apreensíveis em vez de astronômicos. Em seguida, gostaríamos de aprender mais sobre como essas representações hiperbólicas dinâmicas no cérebro crescem, interagem , e se comunicar uns com os outros.”

Esta pesquisa foi publicada na Nature Neuroscience .

Este artigo foi originalmente publicado por Science Alert. Leia o artigo original aqui.