Senso de direção humano é orientado por um rígido modelo matemático

Células do cérebro específicas ajudam a criar mapas que orientam o senso de direção. Um novo estudo, publicado ontem na revista Neuron, revela que as "células de lugar" — neurônios especializados — seguem regras matemáticas para se organizarem. A pesquisa, liderada pela Universidade Hebraica de Jerusalém, indica que a aleatoriedade é fundamental para como o cérebro armazena informações sobre experiências vividas. De acordo com os autores, os resultados podem mudar como se entende a função cerebral e abrir portas para mais descobertas sobre o processamento de informações complexas.

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O estudo mostra como a matemática pode explicar como as células de lugar no hipocampo — uma região do cérebro — guardam informações espaciais em diferentes espécies e ambientes. Esses neurônios ajudam os animais a se locomover, criando padrões de ativação que registram as localizações. Antes, acreditava-se que essas células ativavam áreas bem definidas e simétricas do espaço. No entanto, pesquisas recentes mostraram que, em ambientes maiores, esses padrões são mais complexos e irregulares.

Yoram Burak, coautor do estudo e cientista da universidade, descobriu que um modelo matemático simples pode explicar esses padrões irregulares de ativação. Esse modelo é baseado em um conceito chamado "Processos Gaussianos", que são funções aleatórias presentes em muitos fenômenos naturais, como na astronomia e oceanografia.

Imagine que você está tentando prever o movimento de um objeto. A trajetória dele pode parecer aleatória, mas ainda assim tem uma certa regularidade. Os "Processos Gaussianos" são como uma forma de entender esse tipo de padrão aleatório, mas com algumas regras que podem ser previstas.

No modelo, as regiões de ativação das células de lugar surgem quando o processo Gaussiano aleatório atinge um limite determinado. Usando esse modelo simples, os pesquisadores mostraram que a atividade das células de lugar em morcegos e roedores segue princípios universais, mesmo em ambientes 1D, 2D e 3D. Esses achados sugerem que os padrões de ativação resultam de entradas aleatórias no hipocampo, desafiando a ideia de que o cérebro precisa de uma organização específica para criar um mapa espacial.

"Nossas descobertas sugerem que a aleatoriedade, em vez de um design fixo, é o que organiza as entradas dos neurônios específicos no hipocampo", detalhou Nischal Mainali, estudante da Universidade Hebraica e um dos autores da pesquisa. Segundo ele, essa ideia desafia teorias antigas sobre a estrutura dos circuitos neurais e abre novas possibilidades para entender a cognição espacial.

O modelo também faz previsões precisas sobre os padrões de ativação das células de lugar e sua geometria, que foram confirmadas por análises de gravações feitas em experimentos anteriores com morcegos, camundongos e ratos que se moveram em diversos ambientes.

"Os padrões de ativação aparentemente aleatórios das células de lugar em grandes ambientes formam 'códigos' exclusivos que representam diferentes posições no espaço. Acreditamos que o cérebro ajusta essas 'palavras-código' aleatórias para criar uma representação muito eficiente das posições em ambientes amplos", detalhou Burak.