Rui Sintra (IFSC/USP)
Trabalho publicado em revista internacional combina inteligência artificial, reconstrução tridimensional e sinais elétricos produzidos pelos animais; quatro dos autores são estudantes de Iniciação Científica do Instituto de Física de São Carlos (IFSC/USP), bolsistas do Programa Unificado de Bolsas da USP, supervisionados pelo Prof. Dr. Reynaldo Pinto
Uma pesquisa desenvolvida com participação do Instituto de Física de São Carlos (IFSC/USP) está utilizando inteligência artificial e modelos computacionais para compreender, com precisão inédita, como peixes elétricos se movimentam e como os sinais produzidos pelo próprio organismo desses animais se modificam de acordo com sua posição no ambiente.
O estudo ganhou destaque também pela participação direta de jovens pesquisadores em formação. Quatro dos autores são estudantes de Iniciação Científica do IFSC/USP, com bolsas do Programa Unificado de Bolsas da Universidade de São Paulo (PUB-USP) – Felipe Mota, Helena Pessoni Figueiredo, Rafael Seixas e Carlos de Aquino -, e desenvolveram suas atividades sob a supervisão do Prof. Dr. Reynaldo D. Pinto, do Laboratório de Neurobiofísica do Instituto.
O trabalho foi publicado na revista científica internacional “Frontiers in Computational Neuroscience” e apresenta uma metodologia que combina câmeras, inteligência artificial, registros dos sinais elétricos dos peixes e modelos computacionais. O objetivo é criar novas maneiras de acompanhar o comportamento desses animais sem interferir em sua movimentação natural.
Um animal que “enxerga” o ambiente por meio da eletricidade
Os pesquisadores trabalharam com o Gymnotus carapo, espécie de peixe elétrico capaz de produzir pequenas descargas elétricas. Diferentemente de espécies conhecidas por gerar descargas fortes para defesa ou ataque, esses peixes utilizam seus sinais elétricos principalmente como uma espécie de sistema sensorial.
O campo elétrico produzido ao redor do corpo permite que o animal obtenha informações sobre o ambiente, localize objetos, encontre alimento e se comunique com outros indivíduos.
Estudar esse comportamento, porém, apresenta dificuldades. Muitas espécies de peixes elétricos têm hábitos noturnos, e a iluminação utilizada para filmá-las pode alterar justamente o comportamento que os cientistas pretendem observar. Além disso, acompanhar com precisão um animal que se desloca livremente nas três dimensões dentro da água representa um desafio técnico considerável.
A equipe procurou enfrentar esse problema reunindo diferentes tecnologias em um mesmo experimento.
O peixe foi colocado em um tanque com profundidade suficiente para permitir movimentos tridimensionais. Câmeras posicionadas ao redor do ambiente registraram seus deslocamentos, enquanto eletrodos captaram os sinais elétricos produzidos pelo animal.
A partir dessas imagens, algoritmos de aprendizado profundo — uma das áreas da inteligência artificial — permitiram reconstruir digitalmente a posição e a postura do peixe em três dimensões. O sistema alcançou precisão espacial de aproximadamente 0,8 milímetro por coordenada, permitindo acompanhar detalhadamente os movimentos do animal.
Do movimento ao campo elétrico
A etapa seguinte consistiu em relacionar a posição do corpo do peixe com os sinais elétricos registrados pelos sensores.
Os pesquisadores criaram e compararam diferentes modelos computacionais para representar como as cargas elétricas se distribuem ao longo do órgão responsável pelas descargas. Dessa forma, foi possível simular o campo elétrico produzido pelo peixe enquanto ele nadava e comparar as previsões dos computadores com aquilo que os eletrodos realmente haviam registrado.
Os resultados mostraram que um modelo que considera uma distribuição de cargas mais próxima das características biológicas do animal reproduziu melhor os dados experimentais do que representações mais simples tradicionalmente utilizadas.
Além de contribuir para o conhecimento sobre os mecanismos utilizados pelos peixes elétricos, a metodologia abre uma perspectiva particularmente interessante: no futuro, poderá ser possível acompanhar a posição e os movimentos desses animais utilizando principalmente os próprios sinais elétricos que eles produzem, reduzindo ou até eliminando a necessidade de câmeras em determinadas situações.
Essa possibilidade é especialmente importante para pesquisas realizadas em ambientes escuros, profundos ou com água turva, nos quais a observação por imagens é difícil. Os dados obtidos neste trabalho representam um primeiro passo para o treinamento de sistemas de aprendizado de máquina capazes de reconstruir tridimensionalmente os movimentos dos peixes a partir das informações elétricas.
Ciência que também forma novos pesquisadores
Outro aspecto relevante do trabalho está na formação científica proporcionada aos estudantes do IFSC/USP. A participação de quatro alunos de Iniciação Científica, apoiados por bolsas PUB e supervisionados pelo Prof. Reynaldo Pinto, mostra como programas destinados a estudantes de graduação podem inseri-los em pesquisas de fronteira e levá-los a participar diretamente da produção de conhecimento científico publicado internacionalmente.
O próprio artigo registra contribuições dos jovens pesquisadores em diferentes etapas do projeto, incluindo desenvolvimento de programas de computador, metodologia, validação dos resultados, visualização dos dados, investigação e participação na elaboração do manuscrito científico. O professor Reynaldo Pinto, por sua vez, aparece no trabalho com atuação que inclui concepção da pesquisa, metodologia, investigação, desenvolvimento de software, obtenção de recursos, administração do projeto e supervisão, além da redação e revisão do artigo.
O artigo tem como autores Reynaldo D. Pinto, Caroline G. Forlim, Felipe O. L. da Mota, Helena Pessoni-Figueiredo, Rafael Seixas, Carlos H. M. de Aquino, Lírio O. B. de Almeida, Pablo Varona e Francisco B. Rodriguez. Seis deles, além de Reynaldo Pinto, aparecem vinculados ao Laboratório de Neurobiofísica do IFSC/USP; a colaboração internacional envolve ainda pesquisadores do Max Planck Institute for Human Development, em Berlim, e da Universidad Autónoma de Madrid.
O apoio institucional à formação dos estudantes aparece formalmente registrado na publicação. O estudo recebeu financiamento do Programa Unificado de Bolsas da Universidade de São Paulo (PUB-USP), por meio dos projetos de 2024 voltados à pesquisa em Biofísica e Neuroetologia e à produção de vídeos de experimentos para divulgação de conceitos de Neurobiofísica e Neurociência. O trabalho contou ainda com apoio do CNPq, da FAPESP e do Ministério da Ciência e Inovação da Espanha.
Para o Prof. Reynaldo Daniel Pinto, que assina como pesquisador correspondente o artigo científico, a ideia de fazer este trabalho que existia há anos, apareceu em 2010 durante o doutorado sanduíche de Caroline Forlim com colaboradores espanhóis. “Tivemos que aguardar porque a execução dependia de tecnologias que ainda não estavam disponíveis na época. A oportunidade ocorreu junto com o primeiro projeto de iniciação científica dos quatro estudantes que ingressaram no laboratório em 2024 e que assinam este artigo, ainda no terceiro semestre da graduação. Nossa pesquisa é multidisciplinar e eles atuaram de forma integral em todas as etapas: desde o cuidado dos peixes no biotério, à concepção e preparação da arena de filmagem e à construção dos amplificadores não lineares, até à reconstrução cinemática 3D do Gymnotus carapo, a análise e simulação do campo elétrico, as discussões com os colaboradores internacionais, a preparação do artigo e a elaboração da réplica aos revisores”, destaca o docente. O experimento exigiu a aplicação prática imediata de conceitos de disciplinas básicas — como o uso do eletromagnetismo na análise da fisiologia das descargas elétricas e a mudança de bases vetoriais na calibração do sistema de múltiplas câmeras. À medida que o projeto avançava, as tarefas foram revelando as afinidades pessoais. “A Helena descobriu sua paixão pela eletrônica, o Carlos destacou-se nas montagens elétricas, o Felipe assumiu o sistema de câmeras e os algoritmos computacionais de rastreamento, usando deep learning, e o Rafael voltou-se para a teoria e simulação dos campos elétricos na água. Todos se envolveram nas discussões organizadas a partir da Alemanha, pela Caroline. Em suma, engajar alunos de graduação em uma pesquisa de fronteira na área multidisciplinar de neurociências, com colaboração internacional, revelou-se uma experiência extremamente enriquecedora para todos os envolvidos”, comemora o pesquisador.
Tecnologia inspirada na natureza
As aplicações da pesquisa podem ultrapassar o estudo do comportamento animal. Segundo os pesquisadores, o conhecimento adquirido sobre a forma como os peixes produzem e utilizam campos elétricos também poderá contribuir para o desenvolvimento de sistemas artificiais de localização inspirados na natureza.
A metodologia poderá ainda ser adaptada para estudar vários animais simultaneamente e outras espécies de peixes elétricos, ampliando as possibilidades de investigação de comportamentos sociais em condições mais próximas das encontradas na natureza.
Ao integrar neurociência, física, inteligência artificial, computação e biologia, o estudo mostra como tecnologias avançadas podem revelar aspectos do comportamento animal que antes eram extremamente difíceis de observar. Ao mesmo tempo, a presença de estudantes de graduação entre os autores evidencia outro resultado importante: a Iniciação Científica pode colocar jovens pesquisadores não apenas em contato com a ciência, mas como participantes efetivos de pesquisas internacionais de ponta.
Confira no link o artigo intitulado “Integrating deep learning 3D tracking and biophysical EOD modeling for precise, noninvasive computational neuroethology in freely swimming weakly electric fish”, publicado em 24 de junho de 2026, no volume 20 da “Frontiers in Computational Neuroscience”
