Após 12 anos de trabalho, uma enorme equipe de pesquisadores do Reino Unido, Estados Unidos e Alemanha concluiu o maior e mais complexo mapa cerebral até hoje, descrevendo todas as conexões neurais no cérebro de uma larva de mosca-das-frutas.
Embora esteja longe do tamanho e da complexidade de um cérebro humano, ele ainda abrange respeitáveis 548.000 conexões entre um total de 3.016 neurônios.
O mapeamento identifica os diferentes tipos de neurônios e seus caminhos, incluindo interações entre os dois lados do cérebro e entre o cérebro e o cordão nervoso ventral. Isso aproxima os cientistas da compreensão de como os movimentos dos sinais de neurônio para neurônio levam ao comportamento e ao aprendizado.
“Se queremos entender quem somos e como pensamos, parte disso é entender o mecanismo do pensamento”, diz Joshua T. Vogelstein, engenheiro biomédico da Universidade Johns Hopkins.
“E a chave para isso é saber como os neurônios se conectam uns aos outros.”
Para criar este magnífico mapa multifuncional, chamado conectoma, os pesquisadores escanearam milhares de fatias do cérebro do bebê mosca da fruta com um microscópio eletrônico de alta resolução. Eles então juntaram as imagens e as adicionaram aos dados que já haviam coletado, marcando meticulosamente cada conexão entre os neurônios.
Isso inclui tanto as células que conversam entre si dentro de cada metade do cérebro quanto aquelas que se comunicam entre os dois hemisférios, tornando possível estudar as interações em todo o cérebro em profundidade.
Os hemisférios do cérebro têm funções únicas e importantes, mas como eles integram e usam as informações de cada lado para um comportamento e cognição complexos não é tão bem compreendido.
“A forma como o circuito cerebral é estruturado influencia os cálculos que o cérebro pode fazer”, explica a neurocientista Marta Zlatic, da Universidade de Cambridge.
“Mas, até este ponto, não vimos a estrutura de nenhum cérebro, exceto da lombriga Caenorhabditis elegans , o girino de um cordado baixo e a larva de um anelídeo marinho, todos com várias centenas de neurônios”.
Recentemente, os cientistas fizeram progressos significativos no mapeamento do cérebro humano e rastrearam a atividade neural em camundongos , mas o foco tem sido em regiões específicas e a tecnologia atual ainda não é avançada o suficiente para completar um conectoma para animais maiores, como humanos.
No entanto, explica Zlatic , “todos os cérebros são semelhantes – todos são redes de neurônios interconectados – e todos os cérebros de todas as espécies precisam realizar muitos comportamentos complexos: todos precisam processar informações sensoriais, aprender, selecionar ações, navegar em seus ambientes, escolher comida, reconhecer seus co-específicos, escapar de predadores, etc.”
As moscas-das-frutas ( Drosophila melanogaster ) são um modelo popular de pesquisa científica devido às suas características fáceis de estudar, seus cérebros complexos, mas compactos, e porque compartilham muitas semelhanças biológicas com os humanos.
Notavelmente, as estruturas de conexão que os pesquisadores observaram foram consideradas as mais repetitivas entre os neurônios de entrada e saída na parte do cérebro que nos permite aprender e lembrar o que aprendemos.
Eles também descobriram que alguns dos recursos identificados funcionavam de maneira semelhante a algumas redes de computadores para aprendizado de máquina .
“O que aprendemos sobre o código para moscas-das-frutas terá implicações para o código para humanos”, afirma Vogelstein. “É isso que queremos entender – como escrever um programa que leve a uma rede cerebral humana.”
A equipe sugere que o próximo passo será aprender mais sobre a estrutura neural envolvida em certas funções comportamentais, como aprendizado e tomada de decisão, e observar a atividade de todo o conectoma enquanto o inseto está em atividade.
O primeiro esforço para mapear um cérebro foi um estudo de 14 anos de C. elegans que começou na década de 1970. Ele produziu um mapa incompleto do cérebro da lombriga e acabou rendendo aos cientistas um Prêmio Nobel .
“Já se passaram 50 anos e este é o primeiro conectoma cerebral. É uma bandeira na areia que podemos fazer isso”, diz Vogelstein .
“Tudo tem funcionado para isso.”
A pesquisa foi publicada na revista Science .
