Desvendando o Cérebro Com a Matemática

Neurocientista brasileiro desenvolve uma nova ferramenta que permite analisar ondas cerebrais de diferentes frequências procurando por acoplamentos (interações) entre elas. Ele também enfatiza a importância do conhecimento matemático nas investigações biológicas.

O neurocientista Adriano Tort, do Instituto do Cérebro na Universidade Federal do Rio Grande do Norte (UFRN), estudou medicina, física e matemática até que se descobriu neurocientista. Hoje ele usa muita coisa de tudo que estudou para entender o que acontece num cérebro.

"Há bastante tempo, os cientistas sabem que os neurônios disparam impulsos nervosos. Quando colocamos eletrodos no cérebro das cobaias, vemos que há uma atividade organizada que chamamos de oscilações corticais ou, em termos leigos, ondas cerebrais. Já sabemos que quando registramos essa atividade elétrica, observamos um espectro com diferentes frequências, isto é, as ondas não trabalham isoladamente. Eu até as posso isolar, mas tenho estudado muito como elas trabalham juntas e como podem interagir entre si. Algo que investiguei no pós-doutorado e continuo investigando aqui é uma linha de pesquisa que se chama acoplamento de frequências. Algo que faço bastante também é usar modelos computacionais para descrever essas ondas cerebrais para ver o que as causas.", disse Adriano em entrevista à revista Cálculo ( Editora Segmento).

Tort aplica os seus conhecimentos de matemática na neurociência de três modos. Ele a utiliza na análise de dados de experimentos que, normalmente, são tarefas cognitivas nas quais as cobaias tem de tomar uma decisão ou aprender algo. Daí Tort e sua equipe desenvolvem algoritmos, aplicam neles os dados do experimento e usam técnicas de análise de sinais para descobrir o que está acontecendo no cérebro das cobaias.

Um outro uso da matemática que ele tem feito bastante é descrever as ondas cerebrais para tentar entender o que as causas. Segundo ele, esse trabalho é uma espécie de engenharia reversa: você realiza empiricamente um experimento e, com ferramentas matemáticas, acha determinados resultados. Depois a equipe de neurocientistas usa equações para simular os neurônios  e as redes neurais  e tenta reproduzir os resultados que encontraram empiricamente.

E um terceiro uso , que seria consequência do segundo uso, é desenvolver ferramentas analíticas. Durante o seu pós-doutorado nos Estados Unidos, Adriano desenvolveu uma ferramenta para medir como ondas cerebrais de diferentes frequências podem interagir. Os neurocientistas têm uma série de ferramentas clássicas que eles utilizam na análise de sinais, como as transformadas de Hilbert, as transformadas de Fourier, as wavelets, etc, todas baseadas nas ciências exatas. Mas muitas vezes a pesquisa só avança quando se desenvolve novas ferramentas de análise.

A nova ferramenta desenvolvida por Adriano Tort faz uma espécie de varredura geral procurando por acoplamentos (interações) entre ondas de diferentes frequências; procurando em particular por algo chamado acoplamento fase-amplitude. Em seguida, coloca-se na ferramenta dados de animais tomando decisões, e verifica-se a existência de acoplamento fase-amplitude, isto é, se  existe essa modulação quando o animal está no ponto de decisão. 

Outra linha de pesquisa da equipe de neurocientistas do Instituto do Cérebro da UFRN, liderados por Adriano, é a compreensão da base biológica da esquizofrenia. Por meio de modelos computacionais, sua equipe pretende corroborar uma nova hipótese: a de que existem mil maneiras de gerar uma linha esquizofrênica.

É muito difícil achar no Brasil neurocientistas com conhecimentos sólido de exatas, e por isso Adriano incentiva seus alunos a estudar matemática e a usá-la. " A neurociência computacional, como hoje é conhecida, esta aí há mais de 20 anos, mas ainda estamos começando." Isto é, neurocientistas estão fazendo o que físicos, e mais recentemente biólogos, têm feito há algum tempo: coletar e analisar dados experimentais, usá-los para criar modelos  que podem alterar com maior facilidade, analisar o resultado dos modelos e então voltar para a bancada e ver se os resultados obtidos com a matemática se confirmam no mundo real.

 Fonte: Revista Cálculo