Os pais experimentaram como os recém-nascidos pegam nos dedos e os seguram com força. Essa resposta quase instantânea é um dos movimentos involuntários mais doces que os bebês exibem. Os nervos do recém-nascido sentem um toque, processar a informação e reagir sem ter que enviar um sinal ao cérebro. Embora nas pessoas essa habilidade desapareça muito cedo na vida, o sistema que o habilita oferece um exemplo útil para redes digitais conectando sensores, processadores e máquinas para traduzir informações em ação.

Minha pesquisa sobre o sistema nervoso humano e redes de telecomunicações avançadas encontrou alguns paralelos notáveis ​​entre os dois, incluindo a semelhança entre o sistema nervoso dos bebês e as redes de resposta rápida que agora estão sendo desenvolvidas para lidar com o sistema sempre ligado, redes de sensores sempre conectadas, câmeras e microfones nas casas das pessoas, comunidades e locais de trabalho.

Esses insights podem sugerir novas maneiras de pensar sobre o projeto de futuros sistemas de telecomunicações, além de fornecer novas ideias para diagnosticar e tratar distúrbios neurológicos, como esclerose múltipla, transtorno do espectro do autismo e doença de Alzheimer.

Uma visão da neurologia humana

De um modo geral, o sistema nervoso tem três componentes principais:o cérebro, a medula espinhal e o sistema nervoso periférico.

O sistema nervoso periférico é distribuído por todo o corpo, detectar entradas como pressão, calor e frio, e transmitir essa informação através da medula espinhal ao cérebro. Este sistema também lida com as respostas do cérebro, controlar os movimentos voluntários, e faz alguma regulação local das funções involuntárias do corpo, como respiração, digestão e manter o coração batendo.

A medula espinhal lida com um grande número de entradas sensoriais e respostas de ação que vão e vêm entre o cérebro e o corpo. Ele também lida com movimentos musculares involuntários chamados arcos reflexos, como o reflexo do joelho quando o médico faz um exame ou o rápido "puxão" de uma mão quando algo quente é tocado.

O cérebro, o centro da maior parte do poder de processamento do sistema nervoso, possui várias regiões especializadas em seus hemisférios direito e esquerdo. Essas áreas recebem informações de sensores como os olhos, orelhas e pele, e retornar resultados na forma de pensamentos, emoções, memórias e movimento. Em muitos casos, essas saídas também são usadas por outras partes do cérebro como entradas que permitem o refinamento e o aprendizado.

Em pessoas saudáveis, esses elementos trabalham juntos em extraordinária harmonia, combinando redes de células que respondem a produtos químicos específicos, mudanças mecânicas, características de luz, mudanças de temperatura e dor por meio de um processo chamado transdução sensorial. Essa complexidade torna até mesmo um dos menores componentes do sistema nervoso, a fibra nervosa, ou axônio, um desafio para estudar.

Algumas das interconexões do sistema nervoso, há muito tempo pensado para ser apenas físico, também pode ser efetivamente sem fio. O cérebro gera um campo elétrico altamente especializado em certos locais de fibras nervosas durante o curso normal de sua operação. Medir as características deste campo pode oferecer indicações de que um cérebro é saudável, ou que pode ter certos distúrbios neurológicos.

Dentro das redes de telecomunicações

A geração atual de redes de telecomunicações avançadas, conhecido como 5G, é sem fio, e tem três categorias semelhantes de componentes.

O equivalente digital do sistema nervoso periférico é a "internet das coisas". É uma vasta e crescente rede de dispositivos, veículos e eletrodomésticos que contêm eletrônicos, software e conectividade que permite que eles se conectem, interagindo e trocando dados.

O equivalente tecnológico do cérebro é a "nuvem, "um grupo conectado à Internet de computadores e processadores poderosos que armazenam, gerenciar e processar dados. Eles costumam trabalhar juntos para lidar com tarefas complexas que envolvem grandes quantidades de entrada e processamento, antes de enviar resultados pela Internet.

Entre esses dois tipos de componentes está o equivalente da medula espinhal, um novo tipo de rede chamado de "névoa" - uma brincadeira com o fato de que é uma nuvem pouco distribuída - configurada para encurtar as conexões de rede e os atrasos de processamento resultantes entre a nuvem e os dispositivos remotos. Os processadores e dispositivos de armazenamento na névoa podem lidar com tarefas que requerem reações especialmente rápidas.

Notáveis ​​semelhanças

Na construção de redes tecnológicas em todo o mundo moderno, as pessoas aparentemente - e provavelmente inconscientemente - refletiram a neurologia humana.

Isso oferece oportunidades para identificar soluções tecnológicas para problemas de rede que podem ser adaptados em tratamentos médicos para distúrbios neurológicos que não têm cura conhecida.

Transtorno do espectro do autismo, por exemplo, é uma condição séria de desenvolvimento que prejudica a capacidade das pessoas de se comunicarem e interagirem. Acredita-se que ocorra como resultado de um desequilíbrio entre dois tipos de comunicação neural:pessoas com transtorno do espectro do autismo têm muita atividade em neurônios que excitam outros neurônios e muito pouca atividade em neurônios que acalma outros neurônios. É como o que acontece quando alguns links em uma rede de telecomunicações ficam sobrecarregados, enquanto outros não estão nem um pouco ocupados. Ferramentas de software que gerenciam grandes redes de nuvem e neblina podem equilibrar a demanda e minimizar atrasos nas telecomunicações. Esses programas também podem simular - e sugerir maneiras de reduzir - os desequilíbrios da rede em deficiências relacionadas ao autismo.

A esclerose múltipla é uma doença frequentemente incapacitante na qual o sistema imunológico do corpo corrói as coberturas protetoras das fibras nervosas. Isso interrompe o fluxo de informações dentro do cérebro, e entre o cérebro e o corpo. Tecnologicamente, isso é semelhante a interrupções em determinados pontos de conexão de rede, que é regularmente tratada enviando mensagens por outras rotas que têm conexões de trabalho. Talvez a pesquisa médica possa identificar maneiras de redirecionar mensagens nervosas por meio de links próximos quando alguns nervos não estão funcionando corretamente.

Usando software e medicina juntos

A doença de Alzheimer é um tipo de demência que causa problemas de memória, pensamento e comportamento. Em 2015, Apresentei o trabalho do meu laboratório de pesquisa sobre a descoberta de novas redes no cérebro cujo comportamento indicava que a doença de Alzheimer pode ser uma doença auto-imune, como o MS é. Isso sugere que um cérebro com Alzheimer pode ser como uma rede de telecomunicações sendo atacada por um intruso, alterando não apenas os dados dentro da rede, mas também a própria estrutura da rede.

Meu grupo de pesquisa então usou o sistema imunológico humano como inspiração para desenvolver software para defender redes de computadores contra ataques maliciosos. Este software pode, por sua vez, ser usado para simular o progresso da doença de Alzheimer em um paciente, talvez destacando maneiras de reduzir seus efeitos.

O envolvimento do sistema nervoso em outras doenças autoimunes, como diabetes tipo 1 e artrite reumatóide, pode oferecer oportunidades para insights adicionais sobre as redes digitais, ou maneiras como sensores e soluções de software podem ajudar os pacientes. Na minha opinião, modelos de software, tornado mais realista pela pesquisa clínica, ajudará os pesquisadores a compreender a estrutura e função do sistema nervoso humano e, pelo caminho, tornar as redes e serviços de telecomunicações mais rápidos, confiáveis ​​e seguros.

Este artigo foi republicado de The Conversation sob uma licença Creative Commons. Leia o artigo original.