Compreender como o cérebro humano produz pensamentos complexos éassustador devido a  sua complexidade e escala. O cérebro contanãm aproximadamente 100 bilhaµes de neura´nios que coordenam a atividade por meio de 100 trilhaµes de conexões, e essas conexões são organizadas em redes que costumam ser semelhantes de uma pessoa para outra. Um estudo de Dartmouth descobriu uma nova maneira de olhar as redes cerebrais usando a noção matemática de fractais, para transmitir padraµes de comunicação entre diferentes regiaµes cerebrais enquanto as pessoas ouviam uma história curta. Os resultados são publicados na Nature Communications .

"Para gerar nossos pensamentos, nossos cérebros criam essa incra­vel tempestade de raios de padraµes de conexa£o", disse o autor saªnior Jeremy R. Manning, professor assistente de psicologia e ciências do cérebro e diretor do Laborata³rio de dina¢mica contextual em Dartmouth. "Os padraµes são lindos, mas também são incrivelmente complicados. Nossa estrutura matemática nos permite quantificar como esses padraµes se relacionam em escalas diferentes e como eles mudam com o tempo."

No campo da geometria, os fractais são formas que parecem semelhantes em diferentes escalas. Dentro de um fractal, formas e padraµes são repetidos em uma cascata infinita, como espirais compostas por espirais menores que, por sua vez, são compostas por espirais ainda menores, e assim por diante. O estudo de Dartmouth mostra que as redes cerebrais se organizam de maneira semelhante: os padraµes de interações cerebrais são espelhados simultaneamente em diferentes escalas. Quando as pessoas se envolvem em pensamentos complexos, suas redes parecem se organizar espontaneamente em padraµes do tipo fractal. Quando esses pensamentos são interrompidos, os padraµes fractais se tornam embaralhados e perdem sua integridade.

Os pesquisadores desenvolveram uma estrutura matemática que identifica semelhanças nas interações de rede em diferentes escalas ou "ordens". Quando as estruturas cerebrais não exibem nenhum padrãoconsistente de interação, a equipe se refere a isso como um padrãode "ordem zero". Quando pares individuais de estruturas cerebrais interagem, isso échamado de padrãode "primeira ordem". Os padraµes de "segunda ordem" referem-se a padraµes semelhantes de interações em diferentes conjuntos de estruturas cerebrais, em diferentes escalas. Quando os padraµes de interação se tornam fractais - "de primeira ordem" ou superior - a ordem denota o número de vezes que os padraµes são repetidos em escalas diferentes.

O estudo mostra que quando as pessoas ouviam uma gravação de a¡udio de uma história de 10 minutos, suas redes cerebrais se organizavam espontaneamente em padraµes de rede de quarta ordem. No entanto, essa organização foi interrompida quando as pessoas ouviram as versaµes alteradas da gravação. Por exemplo, quando os para¡grafos da história eram embaralhados aleatoriamente, preservando parte do significado da história, mas não todo, as redes cerebrais das pessoas exibiam apenas padraµes de segunda ordem. Quando todas as palavras da história foram embaralhadas, isso interrompeu todos os padraµes, exceto onívelmais baixo (ordem zero).

"Quanto mais refinada a história foi embaralhada, mais as estruturas fractais dos padraµes de rede foram interrompidas", disse a primeira autora Lucy Owen, uma estudante de graduação em ciências psicológicas e do cérebro em Dartmouth. "Uma vez que as interrupções nesses padraµes fractais pareciam diretamente ligadas a quanto bem as pessoas entendiam a história, esta descoberta pode fornecer pistas sobre como nossas estruturas cerebrais trabalham juntas para entender o que estãoacontecendo na narrativa."

Os padraµes de rede fractal eram surpreendentemente semelhantes entre as pessoas: os padraµes de um grupo podiam ser usados ​​para estimar com precisão que parte da história outro grupo estava ouvindo.

A equipe também estudou quais estruturas cerebrais estavam interagindo para produzir esses padraµes fractais . Os resultados mostram que as interações de menor escala (primeira ordem) ocorreram em regiaµes do cérebro que processam sons brutos. As interações de segunda ordem vincularam esses sons brutos a s regiaµes de processamento da fala, e as interações de terceira ordem vincularam as áreas do som e da fala a uma rede de regiaµes de processamento visual. As interações em maior escala (quarta ordem) vinculavam essas redes sensoriais auditivas e visuais a estruturas cerebrais que suportam o pensamento de alto na­vel. De acordo com os pesquisadores, quando essas redes se organizam em várias escalas, isso pode mostrar como o cérebro processa informações sensoriais brutas em pensamentos complexos - de sons brutos a  fala, a  visualização e a  compreensão total.

A estrutura computacional dos pesquisadores também pode ser aplicada a áreas além da Neurociênciae a equipe já começou a usar uma abordagem ana¡loga para explorar as interações nos prea§os das ações e padraµes de migração animal.