(Créditos – “The gait guys”)
Pesquisadores do Brasil e dos Estados Unidos desenvolveram um método inovador para medir a estabilidade de redes neurais responsáveis por atividades rítmicas fundamentais do organismo.
O estudo, publicado na revista científica “Chaos, Solitons and Fractals”, mostra que o chamado “ruído intrínseco” — pequenas variações naturais na atividade elétrica dos neurônios — pode revelar o grau de estabilidade dessas redes, mesmo diante de alterações significativas em suas conexões.
A pesquisa foi conduzida por cientistas da Universidade Federal do ABC (UFABC), da Universidade Federal de Pernambuco (UFPE), do Instituto de Física de São Carlos (IFSC/USP) e da University of California San Diego, nos Estados Unidos. O trabalho investigou os chamados “Central Pattern Generators” (CPGs), circuitos neurais responsáveis por gerar ritmos automáticos essenciais ao funcionamento dos seres vivos, como respiração, mastigação e locomoção.
Segundo os autores, compreender a estabilidade desses circuitos é um desafio histórico da neurociência. Embora os CPGs sejam conhecidos por sua robustez — mantendo o funcionamento mesmo diante de perturbações, ruídos biológicos e alterações sinápticas — ainda faltavam métodos quantitativos capazes de medir essa estabilidade com precisão.
Para enfrentar esse problema, os cientistas utilizaram um sistema experimental baseado no circuito pilórico de crustáceos, modelo clássico em neurofisiologia. O estudo analisou neurônios responsáveis pela geração de ritmos digestivos em lagostas da Califórnia, utilizando técnicas avançadas de registro elétrico e manipulação sináptica por meio de dynamic clamp, ferramenta que permite modificar artificialmente conexões entre neurônios em tempo real.
A continuidade dos padrões motores essenciais ao organismo.
Prof. Dr. Reynaldo Daniel Pinto (IFSC/USP)
Os pesquisadores descobriram que, mesmo após a remoção funcional de uma das conexões sinápticas consideradas mais importantes da rede, o sistema permaneceu estável. Isso indica que os CPG’s possuem mecanismos redundantes capazes de preservar o padrão rítmico mesmo sob fortes perturbações.
O método desenvolvido baseia-se na análise matemática das pequenas flutuações naturais da atividade neuronal. Em vez de considerar o “ruído” biológico como um problema experimental, os cientistas o utilizaram como fonte de informação para estimar a estabilidade dinâmica da rede neural. A equipe também aplicou técnicas estatísticas de bootstrap para calcular intervalos de confiança e validar os resultados obtidos.
Os resultados mostraram que todos os circuitos analisados permaneceram dentro de uma faixa considerada estável, mesmo quando submetidos a fortes modificações sinápticas. Segundo os autores, isso sugere que sistemas neurais responsáveis por funções vitais evoluíram para operar com elevado grau de robustez, garantindo a continuidade dos padrões motores essenciais ao organismo.
Além de ampliar o conhecimento sobre o funcionamento cerebral, o estudo pode ter aplicações em diferentes áreas científicas e tecnológicas. Os pesquisadores destacam possíveis impactos no desenvolvimento de robôs bioinspirados, em modelos computacionais de redes neurais e na compreensão de doenças neurológicas associadas à perda de estabilidade dos ritmos cerebrais. A participação brasileira teve destaque na pesquisa, reforçando o protagonismo do país em estudos de neurociência computacional e dinâmica de sistemas complexos.
Para o cientista do IFSC/USP, Prof. Dr. Reynaldo Daniel Pinto, esta pesquisa demonstra a enorme complexidade presente mesmo nesses pequenos circuitos, formados por pouco mais de uma dezena de neurônios, que apresentam, ao mesmo tempo, estabilidade funcional e flexibilidade para adaptar seus padrões em tempo real. “Essas propriedades antagônicas representam o clássico dilema de engenharia biológica sob o qual o cérebro humano se desenvolveu e é crucial para o desenvolvimento de circuitos artificiais bioinspirados”, explica o cientista.
O trabalho recebeu apoio da Fapesp, do CNPq e do “National Institutes of Health” (NIH), dos Estados Unidos.
Confira AQUI o original deste estudo.
Por Rui Sintra – Assessoria de Comunicação – IFSC/USP