Conectoma: cérebro humano começa a ser mapeado manualmente

Conectoma: cérebro humano começa a ser mapeado manualmente
Esta é a reconstrução de uma rede de 114 células nervosas da retina de um camundongo.
[Imagem: MPI for Medical Research]

Conectoma humano

Assim como o mapeamento dos genes permitiu a descrição do genoma humano, os cientistas estão tentando mapear o cérebro para construir o "conectoma humano".

O conectoma conterá uma descrição da rede cerebral, constituída por alguma coisa ao redor de 70 bilhões de neurônios, que se calcula existirem no cérebro humano.

Pela primeira vez, cientistas do Instituto Max Planck, na Alemanha, conseguiram desenvolver programas de computador que estão permitindo começar essa tarefa - ainda que manualmente.

Teia cerebral

O cérebro humano é o mais complexo de todos os órgãos, contendo bilhões de neurônios, cada um com suas projeções correspondentes, todos entrelaçados em uma teia tridimensional altamente complexa.

Até o momento, o mapeamento desta vasta rede representa um desafio praticamente intransponível para os cientistas.

Para se ter uma ideia, os pesquisadores alemães e seus novos programas de computador chamaram a atenção da comunidade científica mundial ao conseguir mapear uma rede neural de 100 neurônios - dos 70 bilhões que se estima existirem no cérebro!

Mas é um começo, porque os bilhões de neurônios e as centenas de milhares de quilômetros de circuitos neurais assustam tanto que parecia impossível reconstruir a rede cerebral em detalhe.

Agora parece que pode dar trabalho e levar tempo, mas é possível fazê-lo.

Mapa 3D do cérebro

Cada neurônio está ligado a cerca de mil outros por meio de projeções finamente ramificadas, chamadas dendritos e axônios, e se comunica com esses outros mil através de sinais elétricos.

As conexões entre as células são fundamentais para o funcionamento do cérebro, por isso os neurocientistas estão interessados em entender a estrutura destes circuitos e reconstruí-lo em um mapa tridimensional.

É esse mapa que seria o conectoma.

Como nenhum computador atual é poderoso o suficiente para a tarefa, os pesquisadores ainda dependem do olho humano para destrinchar o emaranhado.

No entanto, o grande número de conexões celulares contidas mesmo em um fragmento ínfimo de tecido cerebral faz com que o desafio pareça mesmo impossível de ser vencido.

A menos que ele seja partilhado entre um grande número de pessoas.

Jeito humano de fazer ciência

Moritz Helmstaedter, Kevin Briggman e Winfried Denk agora testaram com sucesso esse "jeito humano" de fazer ciência.

Eles desenvolveram um software especial, chamado Rescop, que resume os resultados de vários anotadores humanos, produzindo uma imagem global.

O Rescop é alimentado pelos resultados de um outro programa, o Knossos, que os estudantes usam para traçar as conexões entre os neurônios.

Não é por acaso que o programa recebeu o nome do lendário palácio de Creta, famoso por seu labirinto: "Traçar as conexões no cérebro é pelo menos tão difícil como encontrar o caminho para sair de um labirinto mitológico," explica Helmstaedter.

Desta forma, e com a ajuda de mais de 70 estudantes da Universidade de Heidelberg, eles reconstruíram uma rede de 100 neurônios da retina de um camundongo com grande nível de detalhamento.

Circuito neural

Para reconstruir o esquema de um circuito neural, os pesquisadores começam colorindo os neurônios de uma seção de tecido com metais pesados, para torná-los visíveis.

Usando imagens tridimensionais feitas por um microscópio eletrônico, eles começam no corpo celular do neurônio e seguem os dendritos e axônios, marcando cada ponto de interconexão na tela - cada ponto é um nó da rede neural.

Em seguida, eles usam o computador para gerar uma imagem tridimensional da seção. Desta forma, eles abrem o caminho através do emaranhado de neurônios passo a passo.

A pesquisa pode ser promissora, mas é também entediante: uma pessoa trabalhando sozinha com os dois programas levaria pelo menos 30 anos para reconstruir uma rota neural de 30 centímetros de comprimento.

Além disso, a verificação e a anotação manuais estão sujeitas a erros, uma vez que os pontos de conexão entre as ramificações neuronais nem sempre são facilmente reconhecidos nas imagens, e a atenção do estudante diminui com o tempo.

Benefícios a curto prazo

O programa Knossos deu ajudinha: ele diminuiu o tempo gasto na tarefa em 50 vezes e reduziu a margem de erro.

Desta forma, em vez de termos que esperar milhares de séculos pelo conectoma completo, agora serão necessários apenas algumas centenas de séculos.

Ou, quem sabe, os cientistas ponham seus cérebros para funcionar e inventem uma maneira melhor de fazer o trabalho.

A boa notícia é que não será necessário esperar que todo o conectoma esteja pronto para que os cientistas comecem a se beneficiar de um mapeamento das redes neurais humanas: mesmo parcelas pequenas da rede completa poderão ajudar a tratar condições específicas, assim como usar os insights da pesquisa para criar redes neurais artificiais, que imitem o cérebro humano.


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