Os pesquisadores criaram o primeiro diagrama elétrico para todo o cérebro de uma mosca da fruta, que promete revolucionar o campo da neurociência e levar a insights sem precedentes sobre como o cérebro gera comportamentos.
Raramente na ciência se dedicou tanto esforço a objetos tão pequenos, e os cientistas levaram anos para mapear os enrolamentos de todos os 139.255 neurônios e 50 metros de conexões compactados no cérebro do tamanho de uma semente de papoula de uma mosca.
No processo, os pesquisadores caracterizaram mais de 8.400 tipos de células diferentes, totalizando a primeira lista completa de partes que constituem o cérebro de uma mosca.
“Você pode perguntar por que deveríamos olhar para o cérebro da mosca da fruta”, diz o co-líder Sebastian Cheung, professor de ciência da computação e neurociência na Universidade de Princeton. Projeto FlyWire. “Minha resposta simples é que se pudermos realmente entender como funciona qualquer cérebro, isso nos dirá muito sobre todos os cérebros.”
O desembaraço do intrincado emaranhado de neurônios, que pode chegar a 150 metros, foi mapeado por meio de um processo minucioso que começou com o corte do cérebro de uma mosca-das-frutas fêmea em 7 mil fatias finas. Cada seção foi fotografada em um microscópio eletrônico para revelar estruturas tão pequenas quanto quatro milionésimos de milímetro de largura.
Os pesquisadores recorreram à inteligência artificial (IA) para analisar milhões de imagens e traçar o caminho de cada neurônio e conexão sináptica através do minúsculo órgão. Como a IA cometeu tantos erros, um exército global de cientistas e voluntários foi recrutado para ajudar a corrigir os erros e finalizar o mapa.
O trabalho já valeu a pena. Armados com o mapa, os pesquisadores descobriram neurônios “interrogadores” que integram diferentes tipos de informação e “transmissores” que podem enviar sinais para coordenar a atividade em diferentes circuitos neurais. Um circuito neural específico, quando estimulado, faz com que as moscas da fruta parem enquanto caminham.
Num prenúncio do que estava por vir, os pesquisadores usaram um diagrama de fiação chamado conectoma para criar uma simulação computacional de parte do cérebro de uma mosca. Experimentos com simulações levaram à identificação de circuitos neurais usados para processar o sabor, sugerindo que simulações futuras podem lançar mais luz sobre como a fiação cerebral leva ao comportamento animal.
“A conectômica é o início da transformação digital da neurociência… e essa transformação se estenderá à simulação cerebral”, disse Cheung. “Esta será a aceleração mais rápida da neurociência que podemos fazer.”
Detalhes do projeto, que envolveu pesquisadores do Canadá, Alemanha e do Laboratório de Biologia Molecular MRC e da Universidade de Cambridge, na Inglaterra, foram publicados ao longo do texto. Nove folhas na natureza. Em um artigo anexo, a Dra. Anita Devineni, neurocientista da Universidade Emory, em Atlanta, chamou o diagrama de fiação de uma “conquista histórica”.
O trabalho já começou na criação de um diagrama elétrico completo para o cérebro do rato, que os pesquisadores esperam concluir em cinco a 10 anos. Mas repetir o feito para todo o cérebro humano, com os seus 86 mil milhões de neurónios e biliões de ligações, é outra questão. O cérebro humano é cerca de um milhão de vezes mais complexo do que o cérebro de uma mosca da fruta, o que coloca um diagrama de fiação completo fora da prática com a tecnologia atual. Exigiria muita memória: os cientistas estimam que seria um zettabyte de dados, equivalente a todo o tráfego mundial da Internet durante um ano.
Uma abordagem mais realista é mapear a fiação neural em certas áreas do cérebro humano, o que pode eventualmente esclarecer se a fiação defeituosa está subjacente a distúrbios neuropsiquiátricos e outros distúrbios cerebrais. “Simplificando, não podemos consertar o que não entendemos, e é por isso que acreditamos que este é o momento mais importante hoje”, disse o Dr. John Nakai, diretor da Iniciativa do Cérebro dos Institutos Nacionais de Saúde dos EUA.
“Temos uma grande tarefa pela frente.”