Pesquisadores da Universidade de Cambridge deram um grande passo em frente neste ano para entender como nossos cérebros funcionam. Parece que o cérebro tem uma organização fractal. Isso provavelmente nos dá muito do que consideramos humano. E em um nível mais profundo, essas descobertas podem ajudar a nos conectar de forma muito fundamental ao resto do mundo natural.
A equipe de pesquisa de Kitzbichler, Smith, Christensen e Bullmore publicou seus resultados em um artigo chamado "Criticality de banda larga da Human Brain Network Synchronization", que está disponível on-line gratuitamente. Eu tive o artigo por cerca de seis meses e tinha significado publicar algo sobre isso. Então, desde o início, eu gostaria de agradecer "Neel" por me fazer realmente ler novamente o artigo e publicar algo com uma pergunta interessante sobre as complexidades neurológicas e a inteligência para o blog da Vida Caótica na Psychology Today no mês passado. Gostaria também de agradecer ao meu amigo e colega da NY, Grant Brenner por me alertar para o artigo quando ele saiu pela primeira vez.
O design, os resultados e o contexto para este estudo são muito sofisticados, e as implicações são bastante abstratas. Então vou fazer o meu melhor para ser claro. Primeiro, o contexto: muitos sistemas naturais exibem organização e comportamento fractal. Um fractal é uma estrutura semelhante a um ramo. Pense em uma árvore: (1) As árvores têm muitas mais ramos pequenos do que grandes. Esta característica também é chamada às vezes de "lei do poder" ou "lei do poder inverso" ou uma organização "1 / f". Cada um desses termos significa que existem ramos exponencialmente mais pequenos em comparação com os grandes. (2) As árvores são "auto-similares", o que significa que pequenos padrões de ramificação se assemelham a grandes. Essa característica também é chamada de "invariância de escala" ou "livre de escala" porque não importa o tamanho que você está olhando, a forma de ramificação geral é a mesma. (3) A complexidade dos padrões de ramificação da árvore pode ser quantificada. Os fractals são chamados de "fractals" porque existem em dimensões fracionárias. Uma linha se encaixa perfeitamente em uma dimensão. Um plano (como um pedaço de papel) se encaixa em duas dimensões. Fractals se encaixam entre uma linha e um plano (ou no mundo real entre duas e três dimensões). Mais simplesmente, porque são tão complexas, com um grande número de minúsculos ramos, as árvores nunca alcançam três dimensões. Se você colocá-los em uma caixa, sempre haverá espaço restante.
Você pode rapidamente reconhecer que muitas outras estruturas naturais, além das árvores, são fracturas: neurônios, rios, sistema respiratório, sistema circulatório, falhas geológicas, flocos de neve, etc.
Os sistemas naturais também produzem comportamento fractal ao longo do tempo ou em dinâmica. Os terremotos são um exemplo comum. Há muitos terremotos mais pequenos do que os grandes (o que é bom, por sinal). Outros exemplos incluem o tamanho dos eventos de extinção em espécies animais, o número de publicações acadêmicas (alguns pesquisadores fazem grandes quantidades de trabalho e o resto de nós faz apenas um pouco), números de visitas a sites, tempos de espera em stop-and – O tráfego e o uso de palavras na literatura (ou seja, a lei do zipf).
Por que os sistemas fazem isso? Existem muitas razões. Essencialmente, os sistemas fractal têm muitas oportunidades de crescimento, mudança e reorganização. No entanto, eles também são muito robustos. Eles mantêm sua coerência; Eles mantêm-se bem, mesmo em circunstâncias difíceis. Eles são equilibrados a este respeito, entre ordem e caos. Eles são simples, mas também muito complexos. Este equilíbrio é muitas vezes referido como "criticidade", portanto, o título do artigo: "Crítica de banda larga". E o termo "auto-organizado" é muitas vezes adicionado porque os sistemas tendem a se tornar fractal por conta própria, simplesmente colocando muitos componentes do sistema em conjunto e permitindo que eles troquem informações. Pense em uma festa. Tudo o que você precisa fazer é criar pessoas suficientes no mesmo lugar e hora e eles começarão a formar padrões complexos de conexão uns com os outros.
Os sistemas críticos auto-organizados também são muito bons na conexão, tanto internamente como também a outros sistemas circundantes. Os ramos de uma árvore estão conectados de uma maneira muito agradável. Se você agitar um ramo, você verá uma grande agitação sobre a árvore. As estruturas de fracturas se encaixam bem. No entanto, os ramos podem ser cortados sem afetar a estrutura geral. Na verdade, se você cortá-los suficientemente longe (acima do botão de crescimento, "crescimento pós-traumático" ou "o que quer que não mata você o torna mais forte"), eles geralmente crescerão ainda mais forte, com conexões mais complexas nos ramos externos. Finalmente, padrões semelhantes a ramos se conectam facilmente a outros sistemas – uma rede literal de vida. Uma árvore com muitos ramos fractal (e também raízes) pode se conectar melhor ao sol (e ao solo) para reunir e trocar nutrientes que sustentam a vida.
Nos últimos 10 a 20 anos, pesquisadores em psicologia têm encontrado exemplos crescentes de padrões de fractal em cada um dos domínios da psicologia: incluindo comportamentos intencionais, busca visual e padrões de fala. No meu próprio laboratório nos últimos anos, descobrimos que as relações interpessoais são organizadas como fractals e, mais recentemente, que o conceito de auto é um fractal e a complexidade está associada à saúde nos domínios psicológico e social. Além disso, parece que a complexidade fractal (ou rigidez) é rotineiramente trocada entre processos biológicos, psicológicos e sociais. A estrutura de personalidade fractal nos ajuda a crescer e conectar-se, assim como as relações fractal, e cada uma provavelmente tem influências diretas na saúde física, incentivando a integração e a flexibilidade entre os sistemas circulatório, respiratório e imunológico.
O estudo de Kitzbichler et al (2008) acrescentou a muita pesquisa anterior, sugerindo que o cérebro apresenta comportamento fractal. Isso faz uma ligação necessária entre os processos físicos do cérebro e cada um dos fractals de escala maior que vemos em personalidades e relações sociais mais amplas. É claro que as dinâmicas biológicas, psicológicas e sociais estão altamente interligadas em escalas, cada uma impactando a outra ao longo do tempo em inúmeras maneiras. Com a organização fractal em cada uma dessas escalas, pode-se propor que eles, em alguns aspectos, sejam todos parte da mesma árvore fractal, por assim dizer.
Kitzbichler et al (2008) usaram duas medidas de sincronização em sistemas cerebrais: (1) o "intervalo de bloqueio de fase" e a "flexibilidade da sincronização global". O intervalo de bloqueio de fase é a quantidade de tempo que diferentes regiões do cérebro estão fazendo o mesmo em conjunto – a quantidade de tempo em que são sincronizados. Essencialmente, esta é uma medida baseada no tempo da coordenação do sistema cerebral. A outra medida, "labilidade da sincronização global" é uma medida baseada no espaço. Esta medida informa o quão global são as mudanças na sincronização do sistema cerebral, quão amplas são elas, até que alcance.
Saindo os muitos detalhes técnicos maravilhosos de suas análises, eles descobriram que ambas as medidas apresentaram padronização fractal clara. Isso significa que a quantidade de tempo que diferentes regiões do cérebro gastam em sincronia é semelhante a uma ramificação – com muitos tempos de ligação curtos e menos longos. E a disseminação dessas ligações em regiões do cérebro também era semelhante a uma ramificação, com muitos spreads pequenos e poucos grandes.
Esses resultados, juntamente com as evidências que vieram antes deles, fornecem uma imagem muito mais verdadeira de como o cérebro está organizado e como funciona. Tal é o núcleo da pesquisa básica. As aplicações desses resultados podem ser consideradas praticamente ilimitadas e, ao longo do tempo, impactarão todos os ramos da neurociência aplicada – inteligência, consciência, empatia, medicina corpo-mente, psiquiatria e psicoterapia.
O que eu preferiria especular em vez disso seria as implicações mais amplas. Na verdade, o que esses resultados robustos no cérebro sugerem é um possível mecanismo para a "Conectividade de banda larga" que compartilhamos com o resto do mundo natural. Na medida em que a dinâmica fractal na sincronização de banda larga existe em todas as escalas da realidade mensurável – do quantum ao cósmico, talvez a consciência humana seja simples e profundamente um portal através do qual essa conectividade fractal flui. Talvez os vínculos que tão efetivem nosso crescimento e integração nas escalas biopsicossociais se estendam muito mais profundamente nas raízes da matéria, e muito mais além do cosmos do que a ciência modernista já imaginou. A ciência parece estar se aproximando de um período de neo-vitalismo, com formas científicamente fundamentadas de explorar a visão de mundo atraente de nossas raízes-civilizações – que tudo na vida está conectado e que todo o universo está vivo nessas conexões.
Claro – algumas conexões são mais proximais do que outras. Kitzbichler et al. descobriram que as regiões do cérebro funcionalmente conectadas eram mais propensas a encontrar e manter a sincronia um com o outro por períodos de tempo mais longos, produzindo medidas de complexidade fractal menos flexíveis do que as conexões entre regiões mais distantes. Da mesma forma, o parceiro de vida será mais propenso a deixá-lo louco do que a lua.
No entanto, será interessante ver se certos estados sistêmicos incentivam a coerência, ampliando as conexões entre sistemas aparentemente separados. Por exemplo, a resposta ao estresse humano é um candidato provável para aumentar a coerência a curto prazo entre os processos biológicos, psicológicos e sociais. Quando você está estressado, seus sistemas corporais se unem, seus sistemas psicológicos tornam-se claros e focados e suas dinâmicas sociais tornam-se coerentes, além de se unir e formar hierarquias de liderança rígidas. O estresse humano tem impactos mais amplos? O seu efeito pode ser medido até o reino quântico? Por outro lado, os sistemas quânticos podem se tornar "estressados" levando-os a alcançar nosso mundo macro? Talvez assim, talvez não. Uma coisa é certa, este blog já é uma maneira longa e abstrata para considerar plenamente essas possibilidades. Talvez outro dia …?
