Uma equipe de cientistas liderada por Princeton construiu o primeiro roteiro neurônio por neurônio e sinapse por sinapse através do cérebro de uma mosca da fruta adulta (Drosophila melanogaster), marcando um marco importante no estudo do cérebro. Esta pesquisa é o artigo principal da edição especial de 2 de outubro da Naturezaque é dedicado ao novo “conectoma” da mosca da fruta.
Pesquisadores anteriores mapearam o cérebro de um C. elegans verme, com seus 302 neurônios, e o cérebro de uma larva de mosca da fruta, que tinha 3.000 neurônios, mas a mosca da fruta adulta é várias ordens de magnitude mais complexa, com quase 140.000 neurônios e cerca de 50 milhões de sinapses conectando-os.
As moscas da fruta partilham 60% do ADN humano e três em cada quatro doenças genéticas humanas têm um paralelo nas moscas da fruta. Compreender o cérebro das moscas-das-frutas é um trampolim para a compreensão do cérebro de espécies maiores e mais complexas, como os humanos.
“Esta é uma grande conquista”, disse Mala Murthy, diretora do Instituto de Neurociências de Princeton e, com Sebastian Seung, colíder da equipe de pesquisa. “Não existe outro conectoma cerebral completo para um animal adulto desta complexidade”. Murthy também é professor de neurociência Karol e Marnie Marcin ’96 de Princeton.
Seung e Murthy, de Princeton, são co-autores seniores do principal artigo do Natureza edição, que inclui um conjunto de nove artigos relacionados com conjuntos de autores sobrepostos, liderados por pesquisadores da Universidade de Princeton, da Universidade de Vermont, da Universidade de Cambridge, da Universidade da Califórnia-Berkeley, da UC-Santa Bárbara, da Freie Universität-Berlin, e o Instituto Max Planck de Neurociências da Flórida. O trabalho foi financiado em parte pela Iniciativa BRAIN do NIH, pelo Centro Bezos de Dinâmica de Circuitos Neurais do Instituto de Neurociências de Princeton e pelo Centro McDonnell de Neurociência de Sistemas, e outros institutos e fundos de neurociência públicos e privados, listados no final deste documento.
O mapa foi desenvolvido pelo Consórcio FlyWire, que tem sede na Universidade de Princeton e é composto por equipes em mais de 76 laboratórios com 287 pesquisadores ao redor do mundo, além de jogadores voluntários.
Sven Dorkenwald, autor principal do principal artigo da Nature, liderou o Consórcio FlyWire.
“O que construímos é, em muitos aspectos, um atlas”, disse Dorkenwald, Ph.D. graduado em Princeton agora na Universidade de Washington e no Allen Institute for Brain Science. “Assim como você não gostaria de dirigir para um novo lugar sem o Google Maps, você não quer explorar o cérebro sem um mapa. O que fizemos foi construir um atlas do cérebro e adicionar anotações para todas as empresas , os edifícios, os nomes das ruas Com isso, os pesquisadores estão agora equipados para navegar cuidadosamente no cérebro enquanto tentamos entendê-lo.”
E, assim como um mapa que traça cada beco minúsculo, bem como cada superestrada, o conectoma da mosca mostra conexões dentro do cérebro da mosca-das-frutas em todas as escalas.
O mapa foi construído a partir de 21 milhões de imagens tiradas do cérebro de uma mosca-das-frutas fêmea por uma equipe de cientistas liderada por Davi Bock, então no Janelia Research Campus do Howard Hughes Medical Institute e agora na Universidade de Vermont. Usando um modelo de IA construído por pesquisadores e engenheiros de software que trabalham com Sebastian Seung, de Princeton, os pedaços e manchas nessas imagens foram transformados em um mapa tridimensional rotulado. Em vez de manterem seus dados confidenciais, os pesquisadores abriram seu mapa neural em andamento para a comunidade científica desde o início.
“O mapeamento de todo o cérebro foi possível graças aos avanços na computação de IA. Não teria sido possível reconstruir todo o diagrama de fiação manualmente. Esta é uma demonstração de como a IA pode levar a neurociência adiante”, disse o professor Sebastian Seung, um dos os co-líderes da pesquisa e o professor Evnin de neurociência de Princeton e professor de ciência da computação.
“Agora que temos este mapa cerebral, podemos fechar o ciclo em que os neurônios se relacionam com quais comportamentos”, disse Dorkenwald.
O desenvolvimento pode levar a tratamentos personalizados para doenças cerebrais.
“Em muitos aspectos, ele (o cérebro) é mais poderoso do que qualquer computador feito pelo homem, mas na maior parte ainda não entendemos a sua lógica subjacente”, disse John Ngai, diretor da Iniciativa BRAIN dos Institutos Nacionais de Saúde dos EUA. que forneceu financiamento parcial para o projeto FlyWire. “Sem uma compreensão detalhada de como os neurônios se conectam entre si, não teremos uma compreensão básica do que dá certo em um cérebro saudável ou do que dá errado em uma doença”.
