Pesquisa do ICMC une matemática e biologia para decifrar o que ocorre no cérebro durante estados alterados de consciência
A partir de dados sobre a atividade elétrica cerebral, trabalho pode abrir caminho para novas descobertas sobre doenças psiquiátricas; pesquisa foi um dos destaques no BRICS Neuroscience 2026, na Índia
Se você pudesse observar o fluxo de informações no interior do cérebro humano agora, veria um espetáculo de bilhões de neurônios disparando impulsos elétricos simultaneamente. Por mais caótico que pareça, a neurociência moderna descobriu que ela apresenta padrões complexos e altamente organizados. Longe de funcionar de forma isolada, o cérebro depende da comunicação entre as regiões, que pode ser representada por redes funcionais cerebrais. Essas redes permitem investigar como o cérebro se organiza em diferentes condições, além de revelar padrões de conectividade característicos de cada indivíduo. Assim como a sua assinatura no papel ou a sua impressão digital, cada ser humano possui uma assinatura cerebral única, ou seja, uma forma particular de comunicação entre as regiões do cérebro que se mantém estável, não importa se você está lendo um livro ou apenas relaxando. Mas o que acontece com essa identidade neural quando a consciência é profundamente modificada? Se um indivíduo entrar em um estado profundo de meditação ou estiver sob o efeito de uma substância alucinógena, o cérebro mantém a sua “assinatura” ou ele assume uma nova configuração?
É nessa fronteira do conhecimento que a bióloga e pesquisadora Thaise Graziele Lima de Oliveira Toutain desenvolve sua pesquisa de pós-doutorado no Instituto de Ciências Matemáticas e de Computação (ICMC) da USP, em São Carlos, com financiamento da Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de São Paulo (FAPESP). Sob supervisão do professor Francisco Rodrigues, ela adota a Ciência de Dados e a Teoria das Redes Complexas para explorar dados de pessoas sob efeito da DMT, princípio ativo da ayahuasca (bebida psicoativa tradicional amazônica), e do anestésico cetamina. O projeto também pretende identificar se há mudanças na assinatura cerebral de pessoas durante o transe mediúnico e com doenças neuropsiquiátricas, como a depressão.
Graças à vanguarda da pesquisa desenvolvida por Thaise e sua participação em projeto ligado ao estudo da depressão dentro da organização intergovernamental composta por Brasil, Rússia, Índia, China e África do Sul (BRICS), ela foi convidada para integrar o comitê brasileiro no BRICS Neuroscience 2026. Realizado na Índia, em junho, o evento reuniu neurocientistas, pesquisadores, acadêmicos e médicos para que cada país apresentasse o que está desenvolvendo nessa área. Para a pesquisadora, foi uma oportunidade de fortalecer a inserção internacional da pesquisa desenvolvida na USP. “Minha participação resultou em diálogos com pesquisadores de excelência e permitiu a construção de novas possibilidades de colaboração”, afirma Thaise.
As conexões como sistemas complexos – As conexões cerebrais podem ser entendidas como um sistema complexo, área de especialidade do professor Francisco Rodrigues. Segundo o docente, essa técnica é fundamental para o avanço do estudo. “Sistemas complexos são formados por muitas partes que interagem entre si, dando origem a fenômenos coletivos que só podem ser compreendidos pela análise integrada de seus componentes”, explica o professor do ICMC.
Para ilustrar essa dinâmica, Francisco Rodrigues utiliza a metáfora do formigueiro. Consideradas individualmente, as formigas seguem regras simples e carecem de uma consciência global da colônia. Ainda assim, suas interações produzem estruturas altamente organizadas. A colônia é capaz de construir sistemas complexos de túneis, regular a ventilação, cultivar fungos para alimentação e organizar espaços específicos para ovos, resíduos e circulação, tudo isso sem um controle central, já que a rainha desempenha apenas o papel reprodutivo. “Da mesma forma, nossos neurônios interagem localmente, e o resultado coletivo gera as capacidades cognitivas complexas. A mente emerge da organização dinâmica de todo o sistema”, ressalta.
Essa perspectiva marca a mudança de paradigma que o projeto de Thaise propõe em relação às análises tradicionais da neurociência. Ao investigar a interação entre as diferentes áreas cerebrais, o estudo trata o órgão como uma rede viva, fluida e dinâmica, superando a abordagem convencional de monitorar apenas regiões isoladas. “A abordagem dos sistemas complexos evidencia a importância de unir diferentes campos do conhecimento. Sem a colaboração interdisciplinar, torna-se impossível integrar os resultados. Por isso, as áreas científicas precisam estar cada vez mais interconectadas e dispostas a compartilhar saberes”, destaca a pesquisadora.
Como a ciência ainda não acessa diretamente as conexões físicas de cada um dos bilhões de neurônios de uma pessoa viva, os pesquisadores trabalham com uma representação macroscópica chamada conectividade funcional. Para explicar o conceito, o professor Francisco recorre a outra analogia: o trânsito entre cidades. “É como se, em vez de conhecermos a estrada física que liga duas cidades, observássemos o fluxo de veículos entre elas. A partir desse tráfego, inferimos a existência de uma conexão entre esses pontos”, elucida o docente. No cérebro, os dados são extraídos de exames como o eletroencefalograma (EEG), que capta a atividade elétrica dos neurônios. Se duas regiões cerebrais apresentam padrões de atividade sincronizados ao longo do tempo, a matemática estabelece que há uma conexão funcional ativa ali.
Para quantificar a escala dessas modificações cerebrais em situações excepcionais, Thaise utiliza uma métrica matemática chamada distância euclidiana, adaptada para matrizes ponderadas de dados de EEG. “Essa métrica calcula o quanto a rede cerebral de um indivíduo em um estado alterado de consciência se afasta geometricamente da sua própria rede em estado de vigília habitual”, esclarece Thaise.
Meditação e substância psicodélica – Em suas análises, a pesquisadora realiza suas coletas, além de utilizar dados públicos e parcerias com o Instituto do Cérebro da Universidade Federal do Rio Grande do Norte (UFRN), que há anos realiza pesquisas que avaliam o uso terapêutico de substâncias psicodélicas.
Os resultados preliminares com o DMT mostraram que a substância modifica a assinatura cerebral dos indivíduos, reorganiza a rede cerebral, reduzindo conexões redundantes e elevando a eficiência global do fluxo de dados.
Em agosto, Thaise dará início a uma nova etapa da pesquisa, coletando dados com membros da Ordem Rosacruz (AMORC), organização místico-filosófica, em Salvador (BA) e Aracaju (SE). Os voluntários passarão por triagens psicológicas e, em seguida, serão monitorados por um eletroencefalógrafo de alta resolução em repouso de olhos fechados, de olhos abertos e no momento exato em que realizam uma meditação profunda específica do grupo. O objetivo é mapear se o estado meditativo induzido por essa prática mística tradicional é capaz de provocar o mesmo afastamento da assinatura em relação ao estado de repouso.
Inteligência Artificial no futuro da medicina clínica – Embora a pesquisa concentre-se no campo da ciência básica, buscando entender o que, afinal, define a consciência humana, suas aplicações práticas miram a medicina do futuro. O processamento das redes e o cálculo das distâncias euclidianas fornecem dados para alimentar algoritmos de inteligência artificial (IA) e Aprendizado de Máquina. Os modelos computacionais do ICMC estão sendo ajustados para aprender a diferenciar, de forma totalmente automatizada, o cérebro de um voluntário saudável (grupo controle) de redes de pacientes que sofrem de patologias como a depressão severa e episódios de psicose.
A IA analisa o padrão topológico dessas redes e aponta com precisão quais conexões ou regiões cerebrais específicas estão apresentando a maior divergência. “Essa abordagem pode contribuir para compreender melhor os mecanismos associados aos transtornos mentais e, futuramente, auxiliar no desenvolvimento de métodos de diagnóstico e acompanhamento clínico muito mais precisos”, prevê o professor Francisco.
Texto: Gabriele Maciel, da Fontes Comunicação Científica
