Mapa detalhado traz achados sobre o cérebro humano
Uma pequena amostra de cérebro foi cortada em 5 mil pedaços. Com tecnologia e inteligência artificial, foi possível digitalizá-los e costurá-los novamente
Por MIT Technology Review Brasil
Uma equipe liderada por cientistas de Harvard e do Google criou um mapa 3D com resolução em nanoescala de uma pequena parte do cérebro humano. Embora o mapa cubra apenas uma fração do órgão – um cérebro inteiro é um milhão de vezes maior –, o pedaço em questão contém cerca de 57 mil células, cerca de 230 milímetros de vasos sanguíneos e quase 150 milhões de sinapses, e é a imagem de maior resolução do cérebro humano já criada.
Para fazer um mapa tão detalhado, a equipe teve que cortar uma amostra de tecido em 5 mil fatias e escaneá-las com um microscópio eletrônico de alta velocidade. Eles usaram um modelo de aprendizado de máquina para ajudar a unir eletronicamente as fatias e rotular os recursos.
Somente o conjunto de dados brutos ocupou 1,4 peta bytes. “É provavelmente o trabalho mais intensivo em informática de toda a neurociência”, diz Michael Hawrylycz, neurocientista computacional do Allen Institute for Brain Science.
Há atlas cerebrais em muitas formas. Alguns revelam como as células estão organizadas, outros cobrem a expressão genética. Este se concentra nas conexões entre células. E mais: a maioria dos altas cerebrais existentes fornecem dados de resolução muito mais baixa. A ideia é que esse novo mapa possa trazer algumas respostas concretas sobre o funcionamento do cérebro humano, já que em nanoescala os pesquisadores podem rastrear a fiação do cérebro, um neurônio por vez, até as sinapses, os locais onde eles se conectam.
A camada mais externa do cérebro contém cerca de 16 bilhões de neurônios que se ligam entre si para formar trilhões de conexões. Um único neurônio pode receber informações de centenas ou até milhares de outros neurônios e enviar informações para um número semelhante. Isso torna o rastreamento dessas conexões uma tarefa extremamente complexa, mesmo em apenas uma pequena parte do cérebro.
“Para realmente entender como o cérebro humano funciona, como ele processa informações, como armazena memórias, precisaremos, em última análise, de um mapa com essa resolução”, diz Viren Jain, pesquisador sênior do Google e coautor do artigo, publicado na revista Science.
Para criar o mapa, a equipe enfrentou vários obstáculos. O primeiro foi encontrar uma amostra de tecido cerebral. O cérebro deteriora-se rapidamente após a morte, por isso o tecido do cadáver não funciona. Em vez disso, a equipe usou um pedaço de tecido removido de uma mulher com epilepsia durante uma cirurgia no cérebro. Assim que os pesquisadores obtiveram a amostra, tiveram que preservá-la cuidadosamente em resina para que pudesse ser cortada em fatias, cada uma com cerca de um milésimo da espessura de um fio de cabelo humano. Em seguida, eles criaram imagens das secções usando um microscópio eletrônico de alta velocidade projetado especificamente para este projeto.
Depois, veio o desafio computacional. A equipe do Google usou um modelo de aprendizado de máquina para unir as fatias, alinhar cada uma com a seguinte, codificar a fiação por cores e encontrar as conexões. “Se você cometer um único erro, todas as conexões conectadas a esse fio estarão incorretas”, observa Jain.
O mapa tem sido reconhecido por cientistas como o mais próximo da verdadeira atividade cerebral ao qual a ciência já chegou, porém eles alertam que se trata de uma única amostra cerebral retirada de um único indivíduo. De todo modo, alguns achados já são compartilhados: por exemplo, os axônios normalmente formam uma única sinapse para transmitir informações para a próxima célula, só que a equipe identificou axônios únicos que formavam conexões repetidas – em alguns casos, 50 sinapses separadas. Ainda não está claro por que isso ocorre, mas os laços fortes podem ajudar a facilitar reações muito rápidas ou fortes a certos estímulos. “É uma descoberta muito simples sobre a organização do córtex humano, mas que não sabíamos disso antes porque não tínhamos mapas nesta resolução”, complementa Jain.
O trabalho está disponível gratuitamente para outros pesquisadores em uma plataforma web chamada Neuroglancer, dando acesso a qualquer pessoa interessada em estudar o córtex humano com esse nível de detalhe.
Este texto é um conteúdo adaptado, publicado originalmente pela MIT Technology Review, nos Estados Unidos. Disponível em
https://www.technologyreview.com/2024/05/09/1092223/google-map-cubic-millimeter-human-brain/
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