Cientistas criam primeiro mapa detalhado do cérebro de inseto com 3.016 neurônios

IE, 10/03/2023 

Por Nergis Firtina 

Talvez a consciência humana possa ser totalmente compreendida um dia.

Pesquisadores das universidades Johns Hopkins e Cambridge criaram o primeiro mapa dos padrões de fiação de cada neurônio no cérebro larval da mosca da fruta.

O conectoma meticulosamente criado, que levou 12 anos para ser concluído, mostra a localização de todos os 3.016 neurônios no cérebro da larva da mosca-das-frutas (Drosophila melanogaster). As 548.000 sinapses que conectam essas células cerebrais permitem que as células se comuniquem quimicamente umas com as outras, o que, por sua vez, faz com que sinais elétricos sejam enviados através da fiação das células.

Os neurônios no sistema nervoso de um organismo, incluindo o cérebro, estão ligados uns aos outros por sinapses. Por esses locais de contato, os produtos químicos que transportam informações são transferidos de um neurônio para outro, diz a Universidade de Cambridge.

Conectoma: O mapa de 3016 neurônios

As estruturas cerebrais da larva da mosca-das-frutas são semelhantes às da mosca-das-frutas adulta e de outros insetos maiores. Possui várias capacidades comportamentais, incluindo aprendizagem e seleção de ações.

Um "conectoma" é um mapa dos 3.016 neurônios que compõem o cérebro da larva da mosca da fruta e a intrincada rede de vias neurais dentro dele.

Este é o conectoma mapeado de forma mais abrangente do cérebro humano até hoje. O mapeamento de regiões cerebrais fundamentais, como as da lombriga C. elegans, que tem apenas algumas centenas de neurônios, representa um avanço significativo em relação aos esforços anteriores.

“A maneira como o circuito cerebral é estruturado influencia os cálculos que o cérebro pode fazer. Mas, até agora, não vimos a estrutura de nenhum cérebro, exceto em organismos muito simples”, disse a professora Marta Zlatic, do Departamento de Zoologia da Universidade de Cambridge e do Laboratório de Biologia Molecular do Conselho de Pesquisa Médica (MRC LMB).

“Até agora, os padrões reais de circuito envolvidos na maioria dos cálculos cerebrais eram desconhecidos. Agora podemos começar a obter uma compreensão mecanicista de como o cérebro funciona", acrescentou.

A tecnologia atual é inadequada

O estado atual da tecnologia não permite mapear os conectomas de espécies mais complexas, como grandes mamíferos. No entanto, como todos os cérebros são compostos de redes de neurônios interconectados, os pesquisadores acreditam que seu novo mapa servirá como referência permanente para futuros estudos da função cerebral em outros animais.

Os pesquisadores criaram ferramentas de computador para reconhecer várias topologias de circuitos e potenciais canais de fluxo de informações no cérebro do inseto. Eles descobriram que várias das características estruturais se assemelham à arquitetura moderna de aprendizagem profunda (em IA, Deep Learning).

O próximo passo é explorar mais para aprender mais sobre, por exemplo, os circuitos cerebrais necessários para determinados processos comportamentais, como aprendizado e tomada de decisão, e examinar a atividade em todo o conectoma quando o inseto está agindo.

O estudo foi publicado na Science Advance em 10 de março.

Resumo do estudo:

Um mapa de conectividade de resolução sináptica de todo o cérebro – um conectoma – é essencial para entender como o cérebro gera comportamento. No entanto, devido a restrições tecnológicas, a imagem de cérebros inteiros com microscopia eletrônica (EM) e a reconstrução de circuitos de tais conjuntos de dados tem sido um desafio. Até o momento, conectomas completos foram mapeados para apenas três organismos, cada um com várias centenas de neurônios cerebrais: o nematóide C. elegans, a larva da ascídia Ciona intestinalis e do anelídeo marinho Platynereis dumerilii. Diagramas de circuitos de resolução de sinapses de cérebros maiores, como insetos, peixes e mamíferos, foram abordados considerando sub-regiões selecionadas isoladamente. No entanto, as computações neurais abrangem regiões cerebrais espacialmente dispersas, mas interconectadas.

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Fonte:https://interestingengineering.com/science/first-detailed-map-insect-brain