O desenvolvimento do cérebro é um dos fenômenos mais complexos da biologia. Em poucos meses de gestação, uma única célula inicial se multiplica até formar bilhões de neurônios e outras células que precisam ocupar posições específicas. Como cada célula “sabe” onde deve ficar e que função deve assumir? Um novo estudo publicado na revista científica Neuron propõe uma explicação que pode mudar a forma como entendemos a organização do cérebro — e até inspirar novas ideias na inteligência artificial.
O desafio de organizar bilhões de células
O cérebro humano abriga cerca de 170 bilhões de células quando está completamente formado. Durante o desenvolvimento, cada uma delas precisa determinar sua posição e seu destino funcional.
Segundo Stan Kerstjens, pesquisador de pós-doutorado no laboratório do neurocientista Anthony Zador, no Cold Spring Harbor Laboratory, esse é um problema de informação posicional.
Cada célula só consegue “perceber” a si mesma e suas vizinhas imediatas. Mesmo assim, ela precisa identificar sua localização dentro do cérebro em formação para se transformar no tipo correto de célula.
Se uma célula assume o papel errado no lugar errado, o desenvolvimento cerebral pode ser comprometido. Por isso, cada célula precisa responder a duas perguntas fundamentais: onde estou e no que devo me transformar?
Durante décadas, cientistas acreditaram que esse processo dependia principalmente de sinais químicos trocados entre células.
Essas moléculas funcionam como mensagens que ajudam as células a determinar sua posição. O problema é que esses sinais se dissipam com a distância, o que torna difícil explicar como bilhões de células conseguem se organizar em um órgão tão grande e complexo.
Um modelo baseado em linhagem celular
Para resolver esse enigma, Kerstjens e seus colegas propuseram um modelo alternativo chamado modelo de linhagem de informação posicional.
A ideia central é relativamente simples: células descendentes de uma mesma célula progenitora tendem a permanecer próximas umas das outras durante o desenvolvimento.
Isso cria agrupamentos naturais de células aparentadas que acabam formando estruturas maiores dentro do cérebro.
O pesquisador comparou esse processo à forma como populações humanas se expandem em um território ao longo das gerações.
Filhos costumam se estabelecer próximos de seus pais. Com o tempo, isso gera regiões geográficas onde pessoas com ancestrais comuns vivem próximas umas das outras, sem necessidade de comunicação direta entre regiões distantes.
Segundo os cientistas, algo semelhante pode ocorrer durante o desenvolvimento cerebral.
Testando a hipótese em animais
Para avaliar essa ideia, os pesquisadores criaram um modelo matemático capaz de simular como células descendentes poderiam organizar-se durante o crescimento do cérebro.
Depois, testaram a hipótese em tecidos cerebrais de camundongos em diferentes estágios de desenvolvimento.
Os cientistas analisaram padrões de expressão gênica — ou seja, quais genes estavam ativos em cada célula — tanto individualmente quanto em grupos.
Os resultados indicaram que células geneticamente aparentadas realmente tendem a se posicionar próximas umas das outras, formando estruturas coerentes.
Para verificar se o modelo poderia funcionar em cérebros de tamanhos diferentes, os pesquisadores também analisaram dados de peixe-zebra, um organismo amplamente utilizado em estudos de desenvolvimento.
Os resultados mostraram que o mesmo padrão também aparece nesses animais, sugerindo que o mecanismo pode ser um princípio biológico mais amplo.
Um sistema híbrido de organização
Os cientistas não descartam a importância das sinalizações químicas tradicionais.
Na verdade, o novo estudo sugere que o cérebro utiliza um sistema híbrido.
As células usariam tanto sinais químicos quanto a informação herdada de sua linhagem para determinar sua posição no tecido em crescimento.
Essa combinação pode explicar como bilhões de células conseguem se organizar com precisão durante o desenvolvimento.
Possíveis impactos para a ciência e a inteligência artificial
Além de ampliar o entendimento sobre a formação do cérebro, a hipótese pode ter implicações em outras áreas da biologia.
Os pesquisadores sugerem que o mesmo princípio de organização por linhagem pode ocorrer em outros tecidos do corpo durante o desenvolvimento.
O modelo também pode ajudar a entender melhor certos tipos de tumores, que surgem quando células começam a se multiplicar de forma descontrolada.
Curiosamente, as ideias também podem inspirar novos conceitos em inteligência artificial.
Sistemas de IA que evoluem ou se replicam ao longo de gerações podem utilizar princípios semelhantes de transmissão de informação entre “descendentes” digitais.
Uma peça de um grande quebra-cabeça
Para Kerstjens, compreender como o cérebro se organiza desde suas primeiras divisões celulares é essencial para entender a própria origem da inteligência.
Segundo ele, o cérebro é o órgão responsável por nossas capacidades cognitivas, mas ainda sabemos relativamente pouco sobre como essa complexidade surge durante o desenvolvimento.
A nova teoria não resolve todas as perguntas, mas oferece uma nova peça importante nesse quebra-cabeça.
E, ao sugerir que um princípio simples pode gerar estruturas extremamente complexas, o estudo reforça uma ideia recorrente na biologia: muitas vezes, a natureza constrói sistemas extraordinários a partir de regras surpreendentemente simples.
[ Fonte: Infobae ]
