Notícia

Nova versão de Atlas do Projeto ‘Blue Brain’ lança luz sobre os tipos de neurônios

Projeto 'Blue Brain', EPFL

Fonte

EPFL | Escola Politécnica Federal de Lausanne

Data

terça-feira, 21 fevereiro 2023 15:50

Áreas

Bioengenharia. Bioinformática. Biologia. Conectômica. Ciência da Computação. Ciência de Dados. Engenharia Biológica. Neurociências. Simulação Computacional.

O conhecimento da composição específica dos tipos de células do cérebro é útil para entender o papel de cada tipo de célula como parte da rede, é necessário para enfrentar qualquer simulação de circuito neural em grande escala e é fundamental para o objetivo de longo prazo de construindo com precisão um modelo digital de todo o cérebro de camundongos. No entanto, obter uma compreensão global da composição celular do cérebro é uma tarefa excessivamente complexa, não só pela grande variabilidade inerente à literatura, mas também pelas inúmeras regiões cerebrais e tipos de células que o compõem.

Em 2018, o Projeto Blue Brain da Escola Politécnica Federal de Lausanne (EPFL), na Suíça, apresentou o primeiro modelo de um atlas celular que forneceu uma estimativa da composição do cérebro de camundongos. O lançamento do Cell Atlas da Blue Brain (BBCAv1) marcou a primeira vez que um atlas digital 3D forneceu informações sobre os principais tipos de células, números e posições em todas as mais de 700 regiões do cérebro de um camundongo. O Atlas fornece as densidades dos neurônios, as células associadas do tecido conjuntivo (glia) e seus subtipos para cada região, tudo isso apresentado em um formato navegável e dinâmico, permitindo que os pesquisadores contribuam com novos dados. “Na época, ele preencheu a enorme lacuna em nosso conhecimento de 96% das regiões do cérebro do camundongo”, disse o Dr. Henry Markram, professor, fundador e diretor do Projeto Blue Brain.

Nos últimos anos, surgiram novos conjuntos de dados e ferramentas, fornecendo a composição do tipo de célula com base nas proteínas específicas expressas nas células. Embora comparativamente rápidas, essas técnicas de marcadores moleculares sozinhas nem sempre fornecem informações diretamente utilizáveis sobre as morfologias (forma) e propriedades eletrofisiológicas dos neurônios. No entanto, a caracterização das propriedades morfoelétricas das células é extremamente demorada e não é adequada para varreduras do cérebro inteiro. Portanto, é desejável reunir e combinar todos os vários conjuntos de dados disponíveis para criar uma estrutura coerente com o máximo possível de informações detalhadas.

Revelando a densidade de neurônios inibitórios

Uma classe notável de neurônios para a qual havia poucos dados disponíveis e para a qual o método usado para estabelecer o BBCAv1 precisava ser refinado são os neurônios inibitórios. Os neurônios inibitórios amortecem o disparo de outros neurônios e desempenham um papel crucial no empacotamento e transmissão de informações no cérebro. Eles agem como sinais de pontuação neuronais e permitem que o cérebro entenda o fluxo de informações. As estimativas das contagens de neurônios inibitórios foram coletadas da literatura e uma estrutura foi construída para combiná-las consistentemente no atlas celular.

Usando imagens de cortes cerebrais, as densidades de neurônios inibitórios também foram estimadas em regiões onde não havia dados disponíveis na literatura. No total, os autores revelam que, no cérebro do camundongo, 20% de todos os neurônios são inibitórios. “Isso prepara o terreno para subdividir os neurônios inibitórios em classes mais refinadas”, de acordo com Dimitri Rodarie, doutorando na EPFL, “e permite que a comunidade de neurociência identifique áreas onde o conhecimento atual pode ser aprimorado por restrições adicionais”.

As novas ferramentas e métodos usados para refinar o Atlas e produzir o BBCAv2, publicados em dois artigos complementares na revista científica PLOS Computational Biology, foram estendidos para mapear tipos bem identificados para subclasses de neurônios inibitórios, abrindo caminho para reconstruções in silico mais precisas de tecidos cerebrais.

Os dados, algoritmos, software e resultados do pipeline usado para atualizar o Blue Brain Cell Atlas estão todos disponíveis ao público. Para o Dr. Daniel Keller, líder da equipe de Sistemas Moleculares da Blue Brain: “Esta versão abrange quatro anos de estudos e inclui restrições adicionais de dados biológicos para tornar os resultados mais passíveis de simulação. Usá-lo para simulação nos permite identificar áreas para maior refinamento, permitindo assim melhoria a cada geração sucessiva”.

“Este projeto visa envolver a comunidade científica para contribuir com acesso aberto a dados, softwares e ferramentas. Esperamos que o BBCAv2 seja usado para muitos propósitos”, concluem os autores.

Acesse o primeiro artigo científico completo publicado na PLOS Computational Biology (em inglês).

Acesse o segundo artigo científico completo publicado na PLOS Computational Biology (em inglês).

Acesse a notícia completa na página da Escola Politécnica Federal de Lausanne (em inglês).

Fonte: Evelyne Schmid Osborne, EPFL. Imagem: Projeto ‘Blue Brain’, EPFL.

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