Commento nosso cérebro evoluiu?

Por Amélie Beaudet - Paleoantropóloga (CNRS), Universidade de Poitiers

A natureza singular e as capacidades excepcionais do cérebro humano continuam a nos surpreender. Sua forma arredondada, organização complexa e longa maturação o distinguem do cérebro de outros primatas atuais, especialmente dos grandes símios aos quais estamos diretamente aparentados.


A que devemos suas especificidades? Como o cérebro não fossiliza, é preciso buscar a resposta nos ossos do crânio encontrados em sítios paleontológicos para remontar o curso da história. A caixa craniana contém impressões do cérebro que constituem dados preciosos sobre os 7 milhões de anos de evolução do nosso cérebro, que nos separam do nosso mais antigo ancestral conhecido: Toumaï (Sahelanthropus tchadensis).

Durante o crescimento, o cérebro e seu continente, o crânio, mantêm uma relação estreita e, por meio de um processo de modelagem e remodelagem, o osso registra a posição dos sulcos na superfície do cérebro que delimitam os lobos e as áreas cerebrais. A partir dessas impressões, os paleoneurologistas tentam reconstruir a história evolutiva do nosso cérebro (como e quando apareceram as especificidades cerebrais humanas?), além de formular hipóteses sobre as capacidades cognitivas de nossos ancestrais (quando começaram a fabricar ferramentas?).

A África do Sul desempenhou um papel central na pesquisa e descoberta de indícios sobre as grandes etapas da evolução do nosso cérebro. Os sítios paleontológicos situados no "Berço da Humanidade", classificado como Patrimônio Mundial pela Unesco, são particularmente ricos em fósseis presos em antigas cavernas cujos depósitos hoje estão expostos à superfície.


Entre esses fósseis, estão espécimes emblemáticos como a "Criança de Taung" (3-2,6 milhões de anos), o primeiro fóssil da linha humana descoberto no continente africano e que deu origem ao gênero Australopithecus, ou "Little Foot" (3,7 milhões de anos), o esqueleto mais completo de Australopithecus jamais encontrado (50% mais completo que o de "Lucy" descoberto na Etiópia e datado em 3,2 milhões de anos).

Esses sítios excepcionais levaram à descoberta de crânios relativamente completos (por exemplo, "Mrs Ples" datado em 3,5-3,4 milhões de anos), assim como moldes naturais internos de crânios (por exemplo, o da "Criança de Taung"), que preservam traços do cérebro desses indivíduos fossilizados e têm sido estudados por especialistas, servindo como referência há décadas.

A tecnologia a serviço da paleoneurologia

Apesar da relativa abundância e da preservação notável dos espécimes fósseis sul-africanos comparados aos sítios contemporâneos do leste da África, o estudo das impressões cerebrais que eles conservam é limitado pela dificuldade em decifrar e interpretar esses traços.

Diante deste fato, nossa equipe de paleontólogos e neurocientistas buscou inicialmente integrar, no estudo dos espécimes fósseis, as habilidades técnicas desenvolvidas em imagem e informática.

Implementamos então o projeto EndoMap, desenvolvido em colaboração entre equipes de pesquisa francesas e sul-africanas, com o objetivo de aprofundar a exploração do cérebro associando métodos de visualização e análise virtual.


A partir de modelos digitais 3D de espécimes fósseis do "Berço da Humanidade" e um referencial digital de crânios de primatas atuais, desenvolvemos e disponibilizamos uma base de dados única de mapeamentos para localizar as principais diferenças e semelhanças entre o cérebro de nossos ancestrais e o nosso.

Esses mapeamentos se baseiam no princípio de atlas tradicionalmente usado na neurociência e permitiram tanto um melhor conhecimento da variabilidade na distribuição espacial dos sulcos do cérebro humano atual quanto a identificação das características cerebrais nos fósseis. De fato, algumas discordâncias científicas significativas na disciplina são consequência de nossa falta de conhecimento sobre a variação interindividual, o que leva a uma superinterpretação das diferenças entre os espécimes fósseis.

Pensar a paleoneurologia do amanhã

No entanto, o EndoMap enfrenta um desafio importante no estudo dos restos fósseis: como analisar espécimes incompletos ou nos quais certas impressões cerebrais estão ausentes ou ilegíveis? Esse problema de dados faltantes, bem conhecido na informática e comum a muitas disciplinas científicas, é um obstáculo ao progresso de nossa pesquisa sobre a evolução do cérebro.

O avanço tecnológico recente nos domínios da inteligência artificial permite vislumbrar uma solução. Em particular, diante do número limitado de espécimes fósseis e seu caráter único, métodos de aumento artificial de amostras podem compensar o problema do efetivo reduzido em paleontologia. Além disso, o recurso ao aprendizado profundo com amostras atuais mais completas constitui uma pista promissora para o desenvolvimento de modelos capazes de estimar as partes faltantes dos espécimes incompletos.

Convidamos então paleontólogos, geoarqueólogos, neurocientistas e informáticos da Universidade de Witwatersrand e da Universidade da Cidade do Cabo (África do Sul), da Universidade de Cambridge (Reino Unido), da Universidade de Toulouse, do Museu Nacional de História Natural de Paris e da Universidade de Poitiers para participar em 2023, em Joanesburgo, do colóquio "BrAIn Evolution: Paleociências, Neurociência e Inteligência Artificial" co-organizado com o IFAS-Recherche.

Essa discussão deu origem à edição especial da revista do IFAS-Recherche, Lesedi, publicada recentemente online, que resume os resultados desses intercâmbios interdisciplinares. Após esse encontro, o projeto recebeu apoio financeiro da Missão para iniciativas transversais e interdisciplinares (MITI) do CNRS no âmbito do edital "Gêmeos digitais: novas fronteiras e desenvolvimentos futuros" para integrar a IA à paleoneurologia.