Cientistas constroem mapa de cérebro da mosca em detalhes impressionantes

O cérebro de uma mosca-das-frutas é menor do que uma semente de papoula, mas contém uma tremenda complexidade nesse espaço. Mais de 140 mil neurônios estão conectados por mais de 490 pés de fiação, o que equivale ao comprimento de quatro baleias-azuis colocadas uma ao lado da outra.

Centenas de cientistas mapearam essas conexões em detalhes impressionantes em uma série de artigos publicados nesta quarta (2) na revista Nature. O diagrama de fiação ajudará pesquisadores que estudam o sistema nervoso da espécie Drosophila melanogaster por gerações.

Anteriormente, um pequeno verme era o único animal adulto a ter seu cérebro totalmente reconstruído, com apenas 385 neurônios em todo o seu sistema nervoso. O novo mapa é "a primeira vez que temos um completo de qualquer cérebro complexo", disse Mala Murthy, neurobióloga de Princeton que ajudou a liderar o esforço.

Outros pesquisadores disseram que analisar o cérebro da mosca revelaria princípios que se aplicam a outras espécies, incluindo os humanos, cujos cérebros contêm 86 bilhões de neurônios.

Em um dos novos estudos, os pesquisadores abordaram o mistério de como os sinais sensoriais fluem pelo cérebro e o levam a produzir comandos. Eles criaram uma simulação de computador do cérebro completo da mosca. Quando apresentado com gostos simulados, o cérebro artificial produziu sinais para esticar a língua.

Sebastian Seung, outro líder do projeto em Princeton, disse que as simulações o lembraram de ideias de longa data sobre como o "upload da mente" poderia nos permitir transferir nossos cérebros para computadores.

"O upload da mente tem sido uma ficção científica, mas agora o upload da mente —pelo menos para uma mosca— está se tornando uma ciência convencional", disse Seung.

O mapeamento começou em 2013, quando Davi Bock, um neurocientista na época no Janelia Research Campus do Instituto Médico Howard Hughes na Virgínia, e seus colegas mergulharam o cérebro de uma mosca adulta em um banho químico, endurecendo-o em um bloco sólido. Eles cortaram uma camada extremamente fina do topo do bloco e usaram um microscópio para tirar fotos dele.

Então os cientistas cortaram outra camada e tiraram uma nova foto. Para capturar o cérebro inteiro, eles fizeram imagens de 7.050 seções e produziram cerca de 21 milhões de fotos.

Seung e seus colegas também desenvolveram um software para interpretar essas imagens. Eles programaram computadores para reconhecer as seções transversais dos neurônios em cada imagem e empilhá-los nas formas 3D das células.

Os computadores às vezes cometiam erros, como criar dois neurônios que passavam diretamente um pelo outro. Uma equipe de especialistas e entusiastas de Drosophila inspecionou o mapa e corrigiu seus erros.

Levou mais de uma década para os cientistas produzirem o primeiro modelo de alta resolução do cérebro da mosca. Com base nas diferentes formas dos neurônios, o neurocientista Gregory Jefferis, da Universidade de Cambridge, e seus colegas classificaram as células em 8.453 tipos distintos, tornando-o o maior catálogo de tipos celulares em qualquer cérebro. (Os cientistas identificaram apenas 3.300 tipos de células no cérebro humano.)

Ao rastrear os neurônios pelo mapa, Murthy e seus colegas obtiveram pistas sobre o que esses diferentes tipos de células fazem.

Alguns tipos de neurônios, por exemplo, comandam moscas caminhantes a pararem. Um circuito, descobriram os pesquisadores, para as moscas bloqueando os comandos de caminhada, e um segundo para uma mosca ao endurecer as articulações de suas pernas.

Philip Shiu e seus colegas da Universidade da Califórnia, Berkeley, usaram o mapa para construir um cérebro virtual de mosca, com neurônios simulados passando sinais para células conectadas.

A equipe de Shiu testou o cérebro simulado ao ver como ele respondia à comida. A probóscide semelhante a uma língua de uma mosca é coberta por neurônios sensíveis ao açúcar. Os pesquisadores os ativaram e observaram os sinais correrem pelo cérebro da mosca.

O cérebro simulado fez o que um cérebro real faria: ele comandou a probóscide a se estender para que a mosca pudesse comer. E se a mosca virtual sentisse o gosto do açúcar apenas no lado direito de sua probóscide, o cérebro enviava comandos para dobrá-la para a direita.

Anita Devineni, especialista em Drosophila na Universidade Emory que não estava envolvida no projeto, disse que contou com o novo recurso para planejar novos experimentos. "Estamos usando isso para tudo o que fazemos", disse ela.

Murthy e seus colegas esperam usar o mapa da mosca para descobrir regras fundamentais para cérebros complexos, a exemplo da forma como a conexão dos neurônios permite que os sinais se espalhem rapidamente por todo o cérebro. Mas eles também reconhecem que cérebros maiores podem não seguir todas as mesmas regras.

Agora os pesquisadores estão embarcando em um mapa muito mais ambicioso: um cérebro de rato, que contém cerca de mil vezes mais neurônios do que uma mosca.