Notícia

Cientistas completam o primeiro mapa do cérebro de um inseto

Universidade Johns Hopkins e Universidade de Cambridge

Fonte

Universidade Johns Hopkins

Data

terça-feira, 14 março 2023 17:25

Áreas

Bioengenharia. Bioinformática. Biologia. Bioquímica. Ciência de Dados. Computação. Engenharia Biomédica. Inteligência Artificial. Neurociências.

Pesquisadores concluíram o mapa cerebral mais avançado até hoje, o de um inseto – uma conquista histórica na neurociência que aproxima os cientistas da verdadeira compreensão do mecanismo do pensamento.

A equipe internacional liderada pela Universidade Johns Hopkins, nos Estados Unidos, e pela Universidade de Cambridge, no Reino Unido, produziu um diagrama incrivelmente detalhado traçando todas as conexões neurais no cérebro de uma larva de mosca da fruta, um modelo científico arquetípico com cérebros comparáveis aos humanos.

O trabalho, que provavelmente sustentará pesquisas futuras sobre o cérebro e inspirará novas arquiteturas de aprendizado de máquina, foi publicado na revista científica Science.

“Se quisermos entender quem somos e como pensamos, parte disso é entender o mecanismo do pensamento”, disse o Dr. Joshua T. Vogelstein, autor sênior do estudo e engenheiro biomédico da Universidade Johns Hopkins especializado em projetos orientados a dados, incluindo conectômica, o estudo das conexões do sistema nervoso. “E a chave para isso é saber como os neurônios se conectam uns aos outros.”

A primeira tentativa de mapear um cérebro – um estudo de 14 anos sobre um verme iniciado na década de 1970, resultou em um mapa parcial e um Prêmio Nobel. Desde então, conectomas parciais foram mapeados em muitos sistemas, incluindo moscas, camundongos e até humanos, mas essas reconstruções normalmente representam apenas uma pequena fração do cérebro total. Conectomas abrangentes foram gerados apenas para várias espécies pequenas com algumas centenas a alguns milhares de neurônios em seus corpos: uma lombriga, uma ascídia larval e um verme anelídeo marinho larval.

O conectoma de uma larva de Drosophila melanogaster (mosca-das-frutas) é o mapa mais completo e mais amplo de um cérebro de inseto já concluído. Inclui 3.016 neurônios e todas as conexões entre eles: 548.000.

Mapear cérebros inteiros é difícil e extremamente demorado, mesmo com a melhor tecnologia moderna. Obter uma imagem completa do nível celular de um cérebro requer fatiar o cérebro em centenas ou milhares de amostras de tecido individuais, que devem ser visualizadas com microscópios eletrônicos antes do meticuloso processo de reconstruir todas essas peças, neurônio por neurônio, em uma imagem completa. Demorou mais de uma década para fazer isso com a larva de mosca-das-frutas. Estima-se que o cérebro de um camundongo seja um milhão de vezes maior que o de um bebê mosca-das-frutas, o que significa que a chance de mapear algo próximo a um cérebro humano não é provável em um futuro próximo.

A equipe escolheu propositadamente a larva da mosca-das-frutas porque, para um inseto, a espécie compartilha muito de sua biologia fundamental com os humanos, incluindo uma base genética comparável. Ela também possui comportamentos ricos de aprendizado e tomada de decisão, tornando-a um organismo modelo útil em neurociência. E, para fins práticos, seu cérebro relativamente compacto pode ser fotografado e seus circuitos reconstruídos dentro de um prazo razoável.

Mesmo assim, o trabalho levou 12 anos de pesquisadores da Universidade de Cambridge e da Universidade Johns Hopkins. A [construção da] imagem por si só levou cerca de um dia por neurônio.

Os pesquisadores de Cambridge criaram as imagens de alta resolução do cérebro e as estudaram manualmente para encontrar neurônios individuais, rastreando rigorosamente cada um e ligando suas conexões sinápticas. Então, os pesquisadores de Cambridge entregaram os dados para os pesquisadores da Johns Hopkins, onde a equipe passou mais de três anos usando o código original que eles criaram para analisar a conectividade do cérebro. A equipe da Johns Hopkins desenvolveu técnicas para encontrar grupos de neurônios com base em padrões de conectividade compartilhados e, em seguida, analisou como a informação poderia se propagar pelo cérebro.

No final, a equipe completa mapeou cada neurônio e cada conexão e categorizou cada neurônio pelo papel que desempenha no cérebro. Eles descobriram que os circuitos mais movimentados do cérebro são aqueles que levam para dentro e para fora dos neurônios do centro de aprendizado.

Acesse o resumo do artigo científico (em inglês).

Acesse a notícia completa na página da Universidade Johns Hopkins (em inglês).

Fonte: Jill Rosen, Universidade Johns Hopkins. Imagem: conjunto completo de neurônios no cérebro de uma larva de mosca-das-frutas. Fonte: Universidade Johns Hopkins e Universidade de Cambridge.

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