Os neurocientistas utilizam modelos matemáticos para reproduzir a forma como o cérebro processa o cheiro.
Saber como o cérebro reage aos cheiros pode ajudar a combater a doença
Por Natalie Sabin
11 de Maio de 2022 C Sabe que as equações complicadas podem prever que história aparece no seu noticiário ou que vídeo TikTok vai ver a seguir. Mas pode não saber que a matemática nos pode ajudar a compreender o que acontece no cérebro quando cheiramos algo.
Os investigadores do Instituto Del Monte de Neurociência da Universidade de Rochester estão a construir modelos matemáticos complexos que fazem precisamente esse C e, se continuarem a fazer progressos, o seu trabalho pode ajudar na luta contra doenças do sistema nervoso, como Alzheimer e Parkinsons.
Descodificação do cheiro
Cada aroma que entra em contacto com as respostas das causas no seu cérebro. Acredite ou não, essas respostas podem ser codificadas em números.
Uma comparação aproximada é a visão e as cores que vemos em jogos de vídeo e em ecrãs de computador. Programadores de computador trabalharam durante décadas para decompor os milhões de cores que se vêem no mundo real em 1s e 0s que uma máquina pode compreender.
Jogadores de longa data assistiram a este desdobramento à medida que os sistemas evoluíam de Nintendos e Ataris de 8 bits para PlayStations de 64 bits e Xboxes para os ecrãs visuais ainda mais complexos e detalhados de hoje em dia. Em cada fase, o tamanho do bit em expansão permitiu uma melhor precisão e mais detalhe.
Snapshot ou Symphony?
Para construir um modelo matemático para o olfacto, tudo o que se precisa é de acesso a um poder computacional extremamente potente, conhecimento do modelo Hodgkin-Huxley (a espinha dorsal de muitas equações em neurociência), um catálogo das resmas de pesquisa sobre o olfacto, e para ser realmente, realmente inteligente.
As equações actuam como um holofote matemático para iluminar partes do cérebro que podem não ser claras, explica Krishnan Padmanabhan, PhD, professor associado de neurociência na Universidade de Rochester e autor sénior de um novo estudo sobre o sistema olfactivo do cérebro, ou o sentido do olfacto.
O olfacto é uma daquelas partes menos bem compreendidas do cérebro, diz Padmanabhan.
Nos últimos 30 anos, tem havido múltiplas teorias sobre como o olfacto é processado, diz ele. Num modelo, as respostas aos odores são representadas como um instantâneo de um momento específico do tempo. Em outros, os padrões evoluem ao longo do tempo, como uma sinfonia.
Padmanabhan e a sua equipa procuraram compreender por que razão existem tantas teorias sobre o olfacto na literatura científica e adquirir mais conhecimentos sobre as quais são verdadeiras.
Assim, ele e a sua equipa construíram uma simulação por computador, utilizando apenas equações, que é semelhante ao sistema olfactivo do cérebro. Depois alteraram as equações para testar teorias sobre como funciona o cérebro quando este se depara com um odor.
As descobertas (para já)
Os resultados sugerem que a forma cerebral de processar o cheiro depende do que precisa de compreender no momento.
Os nossos resultados revelam que estes diferentes modelos podem na realidade ser diferentes faces de uma mesma moeda, diz Padmanabhan. Em vez de o cérebro escolher uma abordagem específica para processar o olfacto, o cérebro pode estar a alternar entre diferentes estratégias para interpretar os odores no ambiente.
Por outras palavras, o cérebro adapta a sua resposta ao que está a acontecer no mundo à nossa volta. Isto é bom, porque o trabalho do cérebro é manter o equilíbrio no corpo e manter-nos vivos em todo o tipo de situações, pelo que a flexibilidade o ajuda a reagir em conformidade. (Os investigadores não programaram cheiros específicos, embora possam no futuro, diz Padmanabhan).
O trabalho também tem implicações para a saúde. As mudanças no sentido do olfacto foram ligadas a perturbações cerebrais como Parkinsons e doenças de Alzheimer. Com o tempo, ter uma compreensão mais profunda destas alterações poderia levar a uma melhor detecção e tratamento.
Mas por agora, o modelo Padmanabhans é uma peça pequena mas importante na descodificação do puzzle maior de como funciona o cérebro.
Tal como os gráficos de 8 bits levaram a 16 bits, até aos ecrãs fotorealistas que hoje vemos, o modelo Padmanabhans pode ajudar a lançar as bases para desenvolvimentos maiores e mais avançados que se avizinham.
Esta investigação é sobre a utilização da linguagem da matemática para estudar o cérebro, diz Padmanabhan, mas também está a utilizar as coisas que sabemos sobre o cérebro para inspirar melhores formas de escrever equações e construir sistemas para computação no campo da neurociência.
