O efeito borboleta no cérebro

A butterfly effect in the brain
June 30, 2010

Na próxima vez que seu cérebro enganá-lo, v. tem uma desculpa: de acordo com novas pesquisas de cientistas do University College London, publicadas hoje no journal Nature, o cérebro é intrinsecamente inconfiável

Isto pode não parecer surpreendente para a maioria de nós, mas há decadas deixa os neurocientistas perplexos. Dado que o cérebro é o mais poderoso dispositivo de computação conhecido, como ele pode ter um desempenho tão bom ainda que o comportamento de seus circuitos seja variável?

Uma hipótese antiga é que os circuitos do cérebro de fato são confiáveis - e a variabilidade aparentemente alta se deve ao fato do seu cérebro estar ocupado com várias tarefas simultaneamente, o que afeta umas às outras.

Foi esta hipótese que os pesquisadores do UCL testaram diretamente. A equipe - uma colaboração entre experimentalistas do Wolfson Institute for Biomedical Research e um teórico, Peter Latham, da Gatsby Computational Neuroscience Unit - se inspiraram no famoso efeito borboleta - o fato de que o bater de asas de uma borboleta no Brasil pode desencadear um furacão no Texas. A idéia deles era introduzir uma pequena perturbação no cérebro, o equivalente neural do bater de asas de uma borboleta, e indagar o que aconteceria à atividade do circuito. Será que a perturbação cresceria e afetaria o restante do cérebro, ou se diluiria imediatamente?

Ocorreu que isso ocasionou um grande efeito de choque. A perturbação foi apenas uma 'faísca' extra única, ou impulso nervoso, introduzida em um único neurônio do cérebro de um rato. Aquela faísca extra isolada causou mais ou menos umas trinta novas faíscas, e assim por diante. Isto pode não parecer muito, dado que o cérebro produz milhões de faíscas a cada segundo. Entretanto, os pesquisadores estimaram que, eventualmente, aquela faísca extra afetou milhões de neurônios do cérebro.

'Esse resultado indica que a variabilidade que vemos no cérebro pode de fato ser devida a ruído, e representa um aspecto fundamental da função cerebral normal', disse o autor principal, Dr. Mickey London, do Wolfson Institute for Biomedical Research, UCL.

Esta rápida amplificação de faíscas significa que o cérebro é extremamente 'ruidoso' - muito, mas muito mais ruidoso do que os computadores. Ainda assim, o cérebro pode desempenhar tarefas muito complicadas com enorme velocidade e precisão, bem mais rápido e com mais precisão do que o mais poderoso computador jamais construido (ou que provavelmente será construido em um futuro previsível). Os pesquisadores do UCL sugerem que para que o cérebro tenha um desempenho tão bom face a altos níveis de ruído, ele deve estar utilizando uma estratégia chamada de taxa de codificação (rate code). Em uma taxa de codificação, os neurônios levam em consideração a atividade de um conjunto de muitos neurônios e ignoram a variabilidade individual, ou ruído, produzido por cada um deles.

Então, agora nós sabemos que o cérebro é verdadeiramente ruidoso, mas ainda não sabemos porque. Os pesquisadores do UCL sugerem que uma possibilidade é que o preço que o cérebro paga por uma alta conectividade entre os neurônios (cada neurônio se conecta a mais ou menos 10.000 outros, resultando em mais de oito milhões de quilômetros de fiação no cérebro humano). Presume-se que essa alta conectividade é pelo menos em parte responsável pelo poder computacional do cérebro.

Entretanto, como mostra a pesquisa, quanto maior a conectividade, mais cheio de ruído o cérebro. Portanto, enquanto o ruído pode não ser uma característica útil, pelo menos é subproduto de uma característica útil.

Outras informações: o estudo 'Sensitivity to perturbations in vivo implies high noise and suggests rate coding in cortex' foi publicado na Nature de quarta-feira, 30 de junho de 2010.