Técnica busca decifrar comunicação dos peixes-elétricos

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Já imaginou se fosse possível entender a comunicação entre os animais? Comum na América do Sul, e no cardápio brasileiro, a Gymnotus carapo, uma espécie de peixe-elétrico conhecida popularmente como tuvira, foi estudada pelo pesquisador Paulo Matias, em um trabalho de doutorado orientado pelo professor Jan Frans Willem Slaets e coorientado por Lirio Onofre Baptista de Almeida, do Grupo de Física Computacional e Instrumentação Aplicada do Instituto de Física de São Carlos (IFSC) da USP. Paulo criou uma técnica experimental inovadora que poderá ajudar a compreender a comunicação (ou eletrocomunicação) do peixe-elétrico, a partir de modelos matemáticos.

Comumente usada como isca por muitos pescadores, a tuvira emite sinais elétricos tanto para se comunicar com outros peixes (principalmente para se acasalar e disputar território), como para localizar objetos ou outros animais que estejam ao seu redor.

No IFSC, a série de estudos com peixes-elétricos teve início quando o professor Reynaldo Daniel Pinto veio do Instituto de Física (IF) da USP para integrar o corpo docente do Grupo de Física Computacional e Instrumentação Aplicada do IFSC, onde desenvolveu alguns trabalhos com Caroline Garcia Forlim, ex-pesquisadora desta Unidade, que também foi aluna do docente no IF. “A Caroline retomou esses estudos quando veio ao IFSC e usou ferramentas de teoria da informação para quantificar os bits [dígitos binários] úteis de informação que um peixe-elétrico transmitia para outro”, conta Matias, destacando que os estudos da pesquisadora permitiu analisar o quanto havia de redundância (fenômeno recorrente na natureza) nesses sinais, tendo em vista que pode haver ruído durante o processo de emissão dessas pulsações elétricas.

Para quantificar os bits em várias situações, Caroline utilizou uma montagem experimental, constituída por dois aquários, dois peixes-elétricos (sendo que o peixe A ficava no aquário A, e o peixe B, no aquário B) e um circuito eletrônico, que, por sua vez, media o sinal dos peixes e o retransmitia. Portanto, quando o peixe A emitia um sinal, essa pulsação era retransmitida para o peixe B. O mesmo processo ocorria quando o peixe B emitia alguma pulsação elétrica.

Mas, será que, nesse caso, seria possível saber qual peixe (A ou B) emitia determinado sinal, caso ambos fossem colocados em um mesmo aquário ou estivessem na natureza? Foi a partir desses questionamentos que Matias deu inicio à sua pesquisa de mestrado, na qual utilizou métodos de aprendizado de máquina — em que algoritmos são treinados para identificar automaticamente uma série de situações —, tendo permitido analisar, com 95% de acerto, qual peixe emitia determinada pulsação. “O novo método permitiu observar uma série de comportamentos que não acontecia nos experimentos anteriores, quando os peixes estavam em aquários diferentes”.

Acerto

Após isso, Matias deu início ao seu projeto de doutorado, no qual aumentou essa porcentagem de acerto para 99,99%, além de ter construído um sistema capaz de realizar essa detecção de modo tão rápido quanto um peixe elétrico. “No doutorado, consegui trabalhar com disparos quase simultâneos, porque, por vezes, quando um peixe disparava uma pulsação, um segundo peixe-elétrico emitia outra logo em seguida”, explica o cientista que, além de ter utilizado a técnica de aprendizado de máquina, aplicou um método que permitiu descobrir qual peixe emitia determinado sinal, a partir da análise de uma série de sequência de disparos já emitida pelo animal.

Os dados eram captados por oito eletrodos distribuídos pelas vértices de um aquário, enquanto as análises das informações eram processadas em um computador, com o apoio de um circuito eletrônico especialmente projetado pelo pesquisador para essa tarefa, e de um software capaz de produzir resultados em tempo real.

Com o objetivo atingido e o doutorado finalizado, o pesquisador comenta que seu sistema abre novas possibilidades para se estudar o comportamento desses animais a partir do disparo de pulsos elétricos artificiais. “Será que eu posso disparar uma terceira pulsação elétrica, quando dois peixes-elétricos estão disputando território, de modo a fazê-los pensar que a minha emissão corresponde à de um outro peixe dominante?”, indaga Matias, cujo grupo de pesquisa tem trabalhado em parceria com a equipe do professor Angel Caputi, um dos principais pesquisadores sobre o assunto, que atua no Instituto de Investigaciones Biológicas “Clemente Estable” (IIBCE), no Uruguai.

Os resultados da pesquisa de doutorado de Matias originaram uma nova etapa dessa série de estudos, que agora está sendo complementada pelo pesquisador Rafael Tuma Guariento, doutorando do IFSC, que deverá aplicar a técnica das Cadeias de Markov (que indicam probabilidades de transição), usadas por Max Westby, em 1970, juntamente com métodos mais atuais de linguística computacional, para tentar decodificar a linguagem dos peixes-elétricos e converter as pulsações emitidas pela Tuvira em frases. Atualmente, acredita-se que o desafio para a compreensão da comunicação dos peixes-elétricos está em correlacioná-la com o comportamento desses animais, que varia de acordo com o intervalo de cada pulsação elétrica.

Uma vez decifrada a eletrocomunicação da Tuvira, Matias espera que essa linha de pesquisa contribua tanto para a área de pesquisa básica, que poderá estudar com mais eficiência a comunicação de outros animais (além da comunicação “interna” entre diferentes neurônios de um organismo), como para a indústria que atua na área ambiental. “O professor Reynaldo Pinto, por exemplo, já foi procurado pela Petrobras para verificar a possibilidade de esses peixes-elétricos serem utilizados na detecção de vazamentos de petróleo em dutos”. Nesse contexto, num futuro próximo, o comportamento desses peixes-elétricos talvez possa ser analisado, inclusive, para a verificação da qualidade da água nas bacias hidrográficas do Brasil.

Da Assessoria de Comunicação do IFSC

Mais informações: (11) 3091-9770

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