Cientistas criam imagem que mostra circuito de neurônios no cérebro

Cientistas criam imagem que mostra circuito de neurônios no cérebro

Imagem foi feita com base em análise do cérebro de um camundongo e é um passo mais próximo de entender como o cérebro humano funciona.

Cientistas criaram o maior mapa funcional de um cérebro já produzido — um diagrama das conexões que ligam 84 mil neurônios enquanto disparam mensagens entre si. Os pesquisadores estimaram que, se desenroladas, essas conexões microscópicas alcançariam mais de 5 quilômetros. (Veja a imagem acima)

Usando uma porção do cérebro de um camundongo, do tamanho de uma semente de papoula, os pesquisadores identificaram esses neurônios e rastrearam como eles se comunicavam por meio de fibras ramificadas através de surpreendentes 500 milhões de junções, as chamadas sinapses.

O enorme conjunto de dados, publicado nesta quarta-feira (9) pela revista Nature, marca um passo importante rumo a desvendar o mistério do funcionamento do cérebro humano. Os dados foram reunidos em uma reconstrução 3D colorida para delinear os diferentes circuitos cerebrais.

Uma representação digital de neurônios em uma seção do cérebro de um camundongo
— Foto: Instituto Allen

“Isso definitivamente inspira uma sensação de admiração, assim como olhar para imagens de galáxias”, disse Forrest Collman, pesquisador do Instituto Allen de Ciência do Cérebro, em Seattle, e um dos principais responsáveis pelo projeto.

“Você tem uma noção de quão complexo você é. Estamos observando apenas uma pequena parte do cérebro de um camundongo, e ainda assim a beleza e a complexidade que vemos nesses neurônios reais e nas centenas de milhões de conexões entre eles são impressionantes.”

A maneira como pensamos, sentimos, enxergamos, falamos e nos movemos se deve aos neurônios no cérebro – como eles são ativados e enviam mensagens uns aos outros.

🧠 Os cientistas sabem há muito tempo que esses sinais se movem de um neurônio a outro através de fibras chamadas axônios e dendritos, usando sinapses para saltar ao próximo neurônio. Mas pouco se sabe sobre as redes específicas de neurônios que realizam certas tarefas e como alterações nessas conexões podem desempenhar um papel no Alzheimer, no autismo e em outros transtornos.

"Você pode formular mil hipóteses sobre como as células cerebrais realizam suas funções, mas não pode testá-las a menos que conheça algo fundamental: como essas células estão conectadas", disse o cientista Clay Reid, do Instituto Allen, que ajudou a desenvolver técnicas de microscopia eletrônica para estudar as conexões neurais.

Como o estudo foi feito

No novo projeto, uma equipe internacional com mais de 150 pesquisadores trabalhou para mapear conexões neurais.

Pesquisadores do Baylor College of Medicine utilizaram um camundongo geneticamente modificado com um gene que faz os neurônios brilharem quando ativos. Eles usaram um microscópio a laser para registrar como células individuais no córtex visual do animal se iluminavam enquanto processavam diferentes imagens exibidas.

Entre as imagens exibidas estavam cenas de filmes de ficção científica, esportes, animação e natureza.

Em seguida, cientistas do Instituto Allen analisaram uma pequena amostra desse tecido cerebral usando uma ferramenta especial para dividi-lo em mais de 25 mil camadas, cada uma muito mais fina do que um fio de cabelo humano.

🧠Com microscópios eletrônicos, capturaram quase 100 milhões de imagens de alta resolução dessas seções, revelando fibras semelhantes a espaguete e reconstruindo meticulosamente os dados em 3D.

Por fim, cientistas da Universidade de Princeton utilizaram inteligência artificial para rastrear todas essas conexões e "pintar cada uma das fibras individuais de uma cor diferente, para que pudéssemos identificá-las individualmente", explicou Collman.

Eles estimaram que, se desenroladas, essas conexões microscópicas alcançariam mais de 5 quilômetros. Ao comparar toda essa estrutura com a atividade cerebral do camundongo enquanto assistia aos filmes, os pesquisadores puderam rastrear o funcionamento dos circuitos.

E como isso pode ajudar?

A equipe de Princeton também cópias digitais 3D dos dados, que poderão ser utilizadas por outros cientistas no desenvolvimento de novos estudos analisando o funcionamento do cérebro.

Os pesquisadores consideram este um passo fundamental, semelhante ao Projeto Genoma Humano, que forneceu o primeiro mapeamento genético e levou a novos tratamentos baseados em genes. Um dos próximos objetivos é mapear o cérebro completo de um camundongo.

“As tecnologias desenvolvidas por este projeto nos darão a primeira chance real de identificar algum padrão anormal de conectividade que esteja relacionado a um distúrbio específico”, disse o neurocientista e cientista da computação Sebastian Seung, da Universidade de Princeton, outro dos principais pesquisadores envolvidos no projeto.

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