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    neurocincia

    Uma das consequncias mais comuns de aciden-tes de moto so leses no plexo braquial, um feixe de nervos que sai da medula espinhal e inerva os braos. Ele uma via de transmisso de

    comandos motores do crebro para os msculos e tambm de informaes sensoriais do brao para o sistema nervoso central (SNC). Assim, a leso desses nervos pode prejudicar ou causar a perda dos movimentos e da sensibilidade. Uma das intervenes atuais para tentar recuperar ou diminuir os danos sobre essas funes redirecionar, por cirurgia, um nervo que no foi lesionado para o membro afetado e depois estimular a funcionalidade desse caminho alterna-tivo com fi sioterapia. A forma como o crebro interpreta esse novo contexto e se reorganiza estudada pela equipe coordenada pela neurocientista Cludia Vargas, no Instituto de Neurologia Deolindo Couto, da Universidade Federal do Rio de Janeiro (UFRJ).

    Usando a eletroencefalografia (estudo do registro das cor-rentes eltricas do crebro), os pesquisadores acompanham, com a inteno de investigar as bases fisiolgicas do processo de rearranjo neural, a reabilitao de 25 pacientes que passa-ram por cirurgia do plexo braquial. Uma das possibilidades consideradas que a reconstruo dos caminhos neurais

    Modelos matemticos do crebro

    centro de pesquisa na universidade de so paulo (usp) estuda a neuromatemtica, cincia que pretende desenvolver uma teoria capaz de descrever e predizer interaes neuronais

    por Fernanda Teixeira Ribeiro

    A AUTORAFERNANDA TEIXEIRA RIBEIRO jornalista e

    editora-assistente de Mente e Crebro. imag

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    obedece a determinados padres, ainda invi-sveis em meio imensa quantidade de dados neurobiolgicos colhidos a cada experimento. Descrever possveis regularidades presentes no processo de neuroplasticidade que a capaci-dade de o sistema nervoso de mudar e adaptar- se estrutural e funcionalmente quando sujeito a novos contextos, como uma leso ajudaria, por exemplo, a predizer a reabilitao de um paciente. Mas como encontrar regularidades em processos que envolvem a interao de bilhes de neurnios e outras clulas, permanentemente influenciada por um ambiente em constante transformao? A resposta pode estar na cria-o de modelos matemticos da plasticidade do crebro.

    Cludia Vargas um dos neurocientistas que trabalham em parceria com matemticos, estatsticos, fsicos e cientistas da computao de universidades de diferentes pases, vincula-dos ao Centro de Neuromatemtica (Neuro-Mat), Centro de Pesquisa, Inovao e Difuso (Cepid), financiado pela Fapesp, que funciona num dos prdios do Instituto de Matemtica e Estatstica da Universidade de So Paulo (IME- USP).Estamos falando de uma matemtica a ser feita, inspirada nas questes que a neuro-biologia nos coloca; de modelar sistemas de grande dimenso com correlao de espao e tempo, diz o matemtico e professor do IME Antonio Galves, coordenador do centro.

    O NeuroMat trabalha com a ideia de que o crebro faz seleo estatstica de modelos,

    processo que compreende o reconhecimento de regularidades invisveis a olho nu. Galves, com Vargas e outros pesquisadores, buscou obter evidncias para essa suposio. Eles registraram, com eletroencefalograma (EEG), a atividade do crebro de voluntrios enquanto ouviam trs ritmos musicais diferentes. Cada um deles pode ser expresso por uma sequncia regular de batidas fortes, fracas ou intervalos sem som. Os cientistas apagaram aleatoriamente algumas batidas fracas, deixando intervalos silenciosos em seu lugar. Observaram que, independente-mente das escolhas de apagamento, o crebro pareceu identificar sequncias regulares de base. Isso sugere que considerar a seleo estatstica de modelos como paradigma da atividade ce-rebral um princpio vivel para a construo de modelos que deem conta das evolues temporais detectadas pelos registros eletrofi-siolgicos em experimentos neurocientficos.

    Do ponto de vista matemtico, a constru-o de uma teoria geral do crebro demandaria uma teoria capaz de descrever o surgimento do fenmeno macroscpico (comportamento) a partir da interao entre componentes hete-rogneos microscpicos (neurnios e outras clulas), sujeitos a constante mudana, define Daniel Takahashi, pesquisador da Universidade Princeton associado ao NeuroMat.

    CLUBE DOS RICOSUm exemplo da colaborao entre matemticos e neurocientistas o trabalho publicado por Cludia e colegas na Plos One em janeiro, no qual usaram a teoria dos grafos para analisar dados de eletroencefalograma de um estudo

    A teoria dos grafos permite estudar focos de maior conectividade entre redes neurais niko

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    feito em 2008 na UFRJ. O neurocientista Ghislain Saunier, na poca doutorando no Programa de Ps-Graduao em Fisiologia da UFRJ, exibiu dois vdeos a voluntrios. Em ambos, bolinhas brancas se moviam sobre um fundo preto. Em um deles, porm, os pontos estavam dispostos nos lugares das articulaes em um corpo humano, de maneira que seu movimento evocava uma pes-soa caminhando. No outro, as bolinhas estavam desordenadas, sem forma especfica. O registro de imagens do crebro dos participantes durante o experimento mostrou diferena nos padres de atividade cerebral enquanto viam o que os pes-quisadores chamaram de movimento biolgico (a simulao de forma humana) em comparao ao no biolgico. A observao mais detalhada, porm, das redes neurais acionadas veio mais recentemente, com a aplicao da j mencionada teoria dos grafos, que estuda como pontos em um conjunto de elementos se relacionam.

    No caso, os pontos representam cada ele-trodo ajustado sobre a cabea dos participan-tes. Os que registraram sinais mais fortemente correlacionados diante de um mesmo estmulo visual foram ligados por segmentos, formando assim um grafo (uma representao estrutural) das redes neurais ativadas. Esta abordagem metodolgica tornou possvel perceber ligaes entre eletrodos posicionados sobre regies do crebro associadas percepo visual e ao controle motor na situao de movimento bio-lgico, e uma integrao mais complexa entre diferentes eletrodos durante o movimento no biolgico, o que sugere uma mobilizao neural mais extensa para tentar interpretar a imagem.

    A teoria dos grafos permite estudar pontos do crebro que apresentam maior conectividade, o chamado clube dos ricos. A expresso, usada no The Journal of Neuroscience em 2011 pelos neurocientistas que observaram esse tipo de organizao, refere-se a 12 pontos superinter-conectados do crebro. Os grafos representam

    uma maneira de tentar estruturar padres de atividade usando as relaes entre esses pontos.

    Vargas e sua equipe construram uma se-quncia de grafos que representa as diferentes configuraes neurais dos voluntrios ao longo do tempo. O trabalho dos pesquisadores do NeuroMat, agora, tentar desenvolver modelos matemticos que descrevam essa sequncia de grafos variveis. O desafio encontrar caracte-rsticas estveis em meio a tantos componentes que interagem entre si ao longo do tempo e esto sujeitos influncia de eventos aleatrios.

    A tarefa da matemtica encontrar novos padres estruturais imperceptveis por intuio direta e senso comum, diz Galves citando o matemtico Mikhael Gromov. A neuromate-mtica busca, portanto, extrair possveis regu-laridades estatsticas intrnsecas s interaes neuronais, ainda no visveis na observao de dados experimentais. Segundo Galves, o pro-jeto de pesquisa pretende modelar a atividade neural como inerentemente no estacionria no tempo e no homognea no espao e sensvel s influncias externas produzidas aleatoria-mente. Isso pode levar-nos a descrever e modelar a plasticidade do crebro.

    Isso algo muito rico. Se conseguirmos ex-trair estimadores de reorganizao, poderemos tentar entender quais tipos de organizaes do mais funcionalidade ao paciente, diz Cludia. Os modelos matemticos podem dar um salto importante nas abordagens de reabilitao.

    O projeto tambm prope a construo de um banco de dados de informaes de ex-perimentos neurocientficos, como o trabalho em andamento com pacientes com leso no plexo braquial no Deolindo Couto. Coordenado pela cientista da computao Kelly Braghetto, professora ddo IME, o repositrio compila, organiza e armazena dados com a inteno de compartilh-los com pesquisadores que possam submet-los a anlises originais.

    PARA SABER MAISConexes dinmicas. Igor Zolnerkevic. Pesquisa Fapesp 218, abril de 2014.Biological motion coding in the brain: analysis of visu-ally driven EEG functional networks. Cludia Vargas, Ghislain Saunier e outros. Plos One, janeiro de 2014. Infi nite systems of interac-ting chains with memory of variable length A sto-chastic model for biological neural nets. Antnio Galves e Eva Lcherbach. Journal of Statistical Physics, junho de 2013. Rich-club organization of the human connectome. Martijn P. van den Heuvel e Olaf Sporns. The Journal of Neu-roscience, novembro de 2011.Site do NeuroMat: neuro-mat.numec.prp.usp.br.

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