Federico Battiston, o físico italiano que ganhou o prêmio mais cobiçado em ciência de redes

Tudo é rede. Redes sociais, mas não só. As redes existem no cérebro , em aldeias de caçadores-coletores nas Filipinas, em sistemas econômicos globais, em salas trancadas de salas de fuga. Redes invisíveis que determinam quem somos e o que escolhemos. E existe uma ciência que os estuda. É chamada de ciência de redes , ou ciência das redes, e tenta entender como os relacionamentos entre pessoas, neurônios e instituições influenciam o comportamento coletivo .

«O que importa nestes sistemas, compostos por componentes muito diferentes, são as suas interações ». É nessas arquiteturas sutis que Federico Battiston trabalha. Ele lida com física estatística, «isto é, a física de muitos objetos», um professor italiano que acaba de receber o Prêmio Erd?s–Rényi, o mais prestigioso reconhecimento neste campo, nomeado em homenagem a dois matemáticos húngaros que inventaram os primeiros modelos de rede no final da década de 1950. Uma espécie de pequena Medalha Fields para a ciência de redes.

Battiston deu um forte impulso à teoria de redes, onde as conexões são limitadas entre pares de indivíduos, como por exemplo nas redes sociais. Em vez disso, precisamos olhar para grupos, interações coletivas, momentos em que as influências não são de um, mas de muitos.

Com trinta e seis anos, professor associado da Universidade Centro-Europeia em Viena, Battiston dirige o programa de doutorado em ciência de redes , o único do gênero na Europa. Ele coordena um grupo de pesquisa de oito pessoas, incluindo estudantes de doutorado e pós-doutorado, do mundo todo: indianos, chineses, brasileiros, sul-africanos e, claro, italianos.

A ciência de redes é um campo interdisciplinar que trata do estudo de todos os sistemas que podemos representar como redes .

« Não apenas redes sociais, mas também sistemas ecológicos e biológicos, como o cérebro, sistemas de transporte, trocas econômicas ou alianças políticas. Todos eles podem ser mapeados como redes, ou seja, uma coleção de elementos, os chamados nós , e links que descrevem suas interações. Embora sejam diferentes entre si — pessoas, por exemplo, são diferentes de elementos como neurônios ou nações — esses sistemas também têm inúmeras propriedades comuns relacionadas justamente à sua estrutura de interação. E é justamente o estudo de sua arquitetura que nos permite entender comportamentos emergentes complexos, como no caso da propagação de epidemias em uma população, ou de um ataque epilético, que ocorre quando nosso cérebro se sincroniza demais».

Romano , ensino médio clássico, formado em física teórica pela Sapienza. Dois exames com Giorgio Parisi, Prêmio Nobel de Física na área de sistemas complexos em 2021. Depois ele parte: para Londres para um doutorado em matemática com Vito Latora, um dos pioneiros da ciência de redes. Depois ele vai para neurociência em Paris , antropologia em Zurique e passa três anos em Budapeste .

«A mobilidade é uma condição quase necessária para fazer carreira na academia. Acho que consegui obter bons resultados porque tive a oportunidade de trabalhar em vários laboratórios. Mas mudar é uma escolha difícil, que exige concessões, mesmo que fortes, em nível pessoal." Battiston está em Viena desde 2020.

A ciência de redes está muito presente na vida cotidiana. E muitos conceitos desta disciplina agora fazem parte da linguagem comum. Quantas vezes você já ouviu falar sobre o small world , os famosos seis apertos de mão que conectam qualquer pessoa, os seis graus de separação ou os super disseminadores que espalham um vírus mais rápido que os outros?

«Todos esses são conceitos que vêm da teoria de redes. Hoje , os algoritmos que nos aconselham o que ler ou quem seguir nas redes sociais são baseados na teoria de redes. No entanto, um uso indevido desses algoritmos pode levar a consequências negativas como a formação de câmaras de eco , ambientes online onde interagimos quase apenas com pessoas que pensam como nós e acabamos reforçando e polarizando nossos preconceitos».

Nos sistemas financeiros, o conceito de "grande demais para falir" foi substituído por "interconectado demais para falir" : «A exposição total de uma empresa ou instituição financeira não é um parâmetro suficiente para capturar o risco de uma crise sistêmica, mas é necessário considerar as intrincadas relações financeiras entre diferentes instituições para entender como a falência de um banco pode levar a uma série de 'falhas em cascata'».

Pensando na Covid , a ciência de redes fez contribuições fundamentais para a epidemiologia. «Utilizando dados reais sobre contactos sociais e mobilidade, é possível obter previsões muito mais precisas sobre a evolução das epidemias em comparação com as abordagens tradicionais baseadas em equações matemáticas, que assumem erroneamente que todos os indivíduos estão igualmente expostos ao risco de contágio, sem considerar as suas interações específicas. Por fim, algoritmos de inteligência artificial produzem medicamentos cada vez mais eficazes, identificando novas combinações de ingredientes ativos."

Mas a ciência de redes às vezes também começa em uma sala de escape .

«Coletamos dados sobre as interações entre as pessoas durante o jogo e depois observamos quem venceu e por quê. Quem tomou as decisões, quem foi central na rede social, quem realmente contribuiu para a solução. Uma maneira útil de entender o que torna uma equipe eficaz, quais estruturas de interação permitem o surgimento de melhor cooperação e desempenho».

A rede também aparece no aldeias de caçadores-coletores nas Filipinas ou no Congo. Onde não há nada. Não há TV, telefone ou Internet. «Nessas populações , o conhecimento, como o uso de certas plantas para fins medicinais, é transmitido de família para família. Até mesmo nosso microbioma depende de nossas interações sociais. Em um estudo recente na Science , ao relacionar a difusão de características culturais e a distância genética entre diferentes populações ao redor do mundo, demonstramos como os chimpanzés também apresentam sinais de acumulação cultural que se devem à passagem de conhecimento entre diferentes gerações, uma característica que até recentemente era considerada uma prerrogativa da nossa espécie. Os chimpanzés nunca construirão um computador, mas talvez nós, humanos, não sejamos tão especiais assim..."

A ciência de redes também é aplicável às mudanças climáticas . «Por exemplo, poderíamos aumentar a conscientização sobre as mudanças climáticas por meio de ações coletivas promovidas por interações sociais apropriadas».

Há um jovem engenheiro que estuda imagens de tomografia computadorizada para ensinar as máquinas a lê-las melhor. Ela tem apenas 25 anos, é especialista em modelagem matemática e está convencida de que há muito mais valor clínico nesses dados do que somos capazes de explorar hoje. Seu nome é Angelica Iacovelli e ela vai além de projetos de pesquisa. Ele desenvolveu algoritmos com um objetivo específico: automatizar análises de tomografia computadorizada em oncologia, um processo que ainda hoje é feito manualmente em muitos hospitais e do qual dependem decisões fundamentais. Primeiro de tudo: o tipo de cuidado.

Estudou na Universidade Politécnica de Milão, fez pesquisa em Stanford, fundou uma startup nos Estados Unidos e hoje trabalha entre Milão e São Francisco. Ele colabora com o oncologista Michele Ghidini, do Policlínico de Milão, e tem um sonho: «Fazer com que a pesquisa não fique fechada em artigos, mas se torne uma ferramenta real nas mãos dos médicos».

Ouvi-la falar é uma maravilha.

«Desenvolvemos um software que automatiza a análise de imagens de TC para extrair métricas-chave que não são usadas hoje. Dentre essas métricas, extraímos, por exemplo, a massa muscular esquelética. É justamente a partir dessa métrica que determinamos se um paciente oncológico é sarcopênico." Ele explica, justamente, que a sarcopenia é uma doença na qual há perda de músculos e força e que, segundo os estudos científicos mais recentes, está correlacionada a uma piora nos resultados das terapias e a uma maior taxa de mortalidade. "Hoje, essas análises são realizadas manualmente ou com ferramentas projetadas para pesquisa e não utilizáveis ​​na prática clínica (elas têm uma margem de erro muito alta). Ninguém ainda introduziu um software clinicamente operacional para identificar sarcopenia diretamente a partir de imagens de TC. Nosso objetivo é exatamente este: levar essa tecnologia para a clínica, com resultados disponíveis em menos de 2 segundos e sem a necessidade da intervenção de um especialista externo, como um nutricionista."

Alguém já pensou nisso antes? «Na área médica, a inovação ocorre muito lentamente. Entramos em choque com regulamentações, políticas e prazos longos . É difícil, por isso muitas vezes aqueles que tentam desistem. Mas alguém tem que fazer isso. E se ninguém fizer, eu farei."

Angélica trabalha com modelos matemáticos e algoritmos de inteligência artificial aplicados à análise de imagens médicas. «Eu uso, entre outras coisas, redes neurais e técnicas de segmentação baseadas em Unidades de Hounsfield (valores de densidade contidos em tomografias computadorizadas), para distinguir automaticamente diferentes tecidos corporais – como músculos, gordura visceral e subcutânea – e derivar métricas clinicamente relevantes».

Sua história começa em Bari. Ele cresceu entre Grumo Appula e Palo del Colle, duas cidades no interior de Bari. Filha única, origem humilde. «Meu pai era zelador, minha mãe cuidava da casa. Nunca tivemos muitos recursos, fizemos grandes sacrifícios para estudar."

Depois do ensino médio, ele escolheu Engenharia Civil no Politécnico de Milão. Não é um caminho linear: «A certa altura dei por mim a estudar betão e percebi que não era aquilo que eu queria fazer». Ele para, reflete, muda. Ele se matriculou em Engenharia Matemática: «Gostei da ideia de adquirir ferramentas sólidas, para depois aplicar em diferentes áreas - biomedicina, finanças, estatística». Durante seus anos de universidade, ele ganhou várias bolsas de estudo, foi para o exterior, um ano na Espanha, um na Índia. Então ele se forma e surge a oportunidade que muda tudo: fazer pesquisa em Stanford. «Já nessa altura tive de procurar fundos para poder mudar-me. Comecei a falar com todo mundo, a escrever para todos os lugares, me inscrevi para todas as bolsas possíveis, até mesmo aquelas para as quais não tinha qualificação."

Por fim, ela foi selecionada pela Bolsa de Estudos Ermenegildo Zegna Founder's Scholarship, que a apoiou durante um período de pesquisa em Stanford. Lá, ele trabalha em modelos computacionais para simular o sistema cardiovascular, baseados em gráficos e inteligência artificial. E ganha o prêmio BHI. « Desenvolvemos um gêmeo digital do fluxo sanguíneo no sistema cardiovascular : um modelo de IA capaz de simular o comportamento do sistema cardiovascular de forma personalizada para cada paciente. Combinei redes neurais de memória de longo prazo (LSTM) com redes neurais de grafos, obtendo melhorias em relação aos métodos anteriores. Mas o mais impressionante é a velocidade: métodos tradicionais podem exigir horas de cálculos em supercomputadores para simular até mesmo um único batimento cardíaco; nosso modelo consegue fazer isso em poucos segundos".

Uma experiência que a faz entender muitas coisas. «Percebi que poderíamos construir ferramentas muito poderosas. Mas eu queria que elas fossem realmente usadas e tivessem impacto." Então Iacovelli começa a buscar contatos, a conversar com quem trabalha no mundo das startups e ganha mais uma bolsa de estudos de Des Traynor, cofundador da Intercom, um unicórnio do Vale do Silício.

Depois, ele se junta à Lead the Future , uma rede de talentos italianos no mundo STEM, projetada para conectar mentores e mentorados, e conhece a oncologista Ghidini. «Ele passou horas me contando sobre os problemas concretos que os médicos enfrentam todos os dias na enfermaria. Isso abriu um mundo totalmente novo para mim. Entrei em contato com centenas de outros oncologistas, na Itália e no exterior, para verificar se era um problema compartilhado. E eu descobri que era."

No verão de 2024, Angelica fundou a Nucleo Research no Vale do Silício . A fase de validação está começando.

Os próximos passos em seu trabalho são cruciais. «Queremos trazer para a prática clínica um software que automatize a medição de lesões tumorais e sua classificação em alvo e não alvo, benignas ou malignas. A medição ainda é realizada manualmente em quase todas as unidades hospitalares".

Enquanto isso, Angélica está preparando a primeira rodada de captação de recursos com investidores internacionais. «Estou avaliando algumas oportunidades de apoio de entidades internacionais interessadas no projeto».

É também uma questão pessoal que a motiva. «Cresci num contexto onde a doença estava presente e nunca tive controlo sobre nada. Minha mãe morreu há alguns anos por causa de um tumor agressivo. Meu pai sofre de distrofia muscular, hoje ele está inconsciente. Se não posso mudar o curso das coisas, decidi pelo menos tentar mudar a maneira como elas são encaradas."

Angelica também lidera as comunicações da iTAL Foundation , uma organização sem fins lucrativos que constrói pontes entre talentos italianos e o Vale do Silício.

Sua visão científica é clara. «Os modelos de detecção hoje já são extremamente avançados. Acredito que o gargalo não está mais na tecnologia. O problema é tudo o que vem depois: barreiras regulatórias, proteção de dados, longos prazos de entrega, integração em processos clínicos. O médico deve ser capaz de confiar em ferramentas disruptivas. Nosso objetivo não é substituí-lo, mas dar-lhe uma ferramenta adicional. E torná-lo confiável."

O que realmente fez a diferença na sua vida?

«A vontade de fazer algo meu. Muitas vezes, no mundo da pesquisa ou em grandes empresas, você faz parte de uma engrenagem. Quero ter um impacto direto e real, ver uma ideia se transformar em algo que funcione. Estou quase obcecado pelo meu projeto. Vem em primeiro lugar na minha vida. E se eu quiser aumentar minhas chances de sucesso, preciso estar no Vale do Silício. Quando você está em São Francisco e vai a um evento, ninguém pergunta: Como vai você? A primeira pergunta que você ouve é: o que você está construindo? Além disso, na Itália você sempre se sente como uma garota "muito jovem" e eles não lhe dão credibilidade. Se você diz: Eu quero curar o câncer, eles respondem com ironia ou com: “O que você está dizendo?”. Se eu disser a mesma frase na Califórnia, a resposta será: “Ótimo! Como você planeja fazer isso? Posso ajudar?”.

Nós, jovens, podemos inspirar vocês. Podemos mudar o mundo, podemos fazê-lo mesmo sem seguir os caminhos tradicionais. Precisamos de confiança. É por isso que digo aos meus colegas para não se deixarem desanimar pelo pessimismo. Que nada mais é do que uma postura defensiva, um escudo protetor, uma forma de evitar riscos. Mas o futuro não é construído mantendo-se seguro."

Battiston trabalhou em muitos lugares em sua carreira. Mas nunca na América. «Passei vários meses no ensino médio nos EUA e viajei muito depois disso. Mas não sou um grande fã do sistema de pesquisa americano, que se baseia mais na competição , no sentido darwiniano de sobrevivência do mais apto, do que na cooperação. Na Europa temos menos recursos, mas em nosso artesanato somos bons em fazer bem com o pouco que temos. O Prêmio Erdos-Renyi quase sempre é ganho por pesquisadores americanos ou que vivem nos Estados Unidos. E hoje considero este prêmio como um reconhecimento da nossa comunidade europeia, que fez contribuições fundamentais para a ciência de redes. E sobre as universidades italianas ele acrescenta: «Os mesmos problemas críticos na Itália destacados nos jornais são frequentemente encontrados também no exterior, amenizados pelo aumento do financiamento. O dinheiro do PNRR ajudou a relançar nosso país, mas agora precisamos de fundos estruturais para consolidar o que foi conquistado".

Você voltaria para a Itália?

«Se chegassem propostas interessantes, eu as ouviria atentamente. Atualmente minhas relações com o italiano estão no campo esportivo. Faço parte da equipe nacional master de Ultimate Frisbee para maiores de 33 anos, um esporte lindo que recomendo a qualquer um que queira experimentar algo diferente." E acrescenta: "Cada um de nós deve encontrar uma área pela qual seja apaixonado. E passar tempo com especialistas, supervisores e mentores. Porque, como ensina a ciência de redes, a difusão do conhecimento requer interação ."