Um cientista português integrou uma equipa com mais de 150 investigadores que, a partir de uma amostra de tecido, conseguiram desenhar um mapa da estrutura e das ligações entre as células cerebrais de um rato, o mais detalhado num mamífero.
Naquele que está a ser descrito como um “marco” para a neurociência, uma equipa de mais de 150 neurocientistas e investigadores de várias instituições, agrupados no projeto MICrONS conseguiu, num trabalho ao longo de sete anos, atingir este feito com base em dados de um único milímetro cúbico de tecido, não maior do que uma semente de chia.
Entre a equipa de cientistas encontra-se um português, Nuno Maçarico da Costa, que pertence ao Allen Institute, parceiro da MICrONS, sediado nos EUA.
Nuno Maçarico da Costa licenciou-se em Biologia na Faculdade de Ciências da Universidade de Lisboa, e mais tarde levou os seus estudos para Copenhaga, Dinamarca, onde estudou as interações entre o hipocampo e o córtex pré-frontal em ratos.
Após este período, Nuno regressou a Portugal e integrou o Programa Gulbenkian de Doutoramento em Biologia e Medicina e realizou a sua investigação de doutoramento no Instituto de Neuroinformática de Zurique, onde obteve o grau de Doutor em Ciências Naturais pelo Instituto Federal Suíço de Tecnologia.
O diagrama elétrico e os seus dados, com cerca de 84.000 neurónios e cerca de 500 milhões de sinapses, estão disponíveis gratuitamente através do MICrONS Explorer, com um tamanho de 1,6 petabytes (equivalente a 22 anos de vídeo HD contínuo).
Os avanços do MICrONS, para os quais foram utilizadas ferramentas de inteligência artificial, foram publicados na quarta-feira em dez artigos nas revistas Nature e Nature Methods, e “constituem um marco para a neurociência, comparável ao do Projeto Genoma Humano no seu potencial transformador”, resume David A. Markowitz, coordenador dos trabalhos.
Um mapa da conectividade, forma e função neuronais de uma porção do cérebro do tamanho de um grão de areia não é apenas “uma maravilha científica”, mas um passo em frente na compreensão das origens esquivas do pensamento, da emoção e da consciência.
Mas também tem implicações para doenças como a doença de Alzheimer, Parkinson, autismo e esquizofrenia, que envolvem perturbações na comunicação neuronal.
“Se tivermos um rádio avariado e tivermos o diagrama do circuito, estaremos em melhor posição para o reparar”, afirmou Nuno Maçarico da Costa, agora investigador do Allen Institute, sediado nos EUA, em comunicado.
“Estamos a descrever uma espécie de mapa Google ou planta deste grão de areia. No futuro, poderemos utilizá-lo para comparar a fiação cerebral de um rato saudável com a de um modelo de doença”, acrescentou o investigador.
Estes dados oferecem “informações sem precedentes” sobre o funcionamento do cérebro e a organização do sistema visual, de acordo com os investigadores.
Para completar este atlas, os cientistas do Baylor College of Medicine, nos EUA, utilizaram microscópios especializados para registar a atividade cerebral numa pequena porção do córtex visual do rato enquanto este via vários vídeos.
Em seguida, os investigadores do Allen Institute dividiram esse milímetro cúbico do cérebro em mais de 25.000 camadas muito finas e utilizaram uma série de microscópios eletrónicos para recolher imagens de alta resolução de cada porção.
Por último, outra equipa da Universidade de Princeton (EUA) utilizou a inteligência artificial e a aprendizagem automática para reconstruir as células e as ligações num volume tridimensional.
Combinado com registos de atividade cerebral, o resultado é o maior diagrama de ligações e mapa funcional do cérebro até à data, com mais de 200 000 células – 84 000 neurónios – quatro quilómetros de axónios (ramos que ligam a outras células) e 523 milhões de sinapses (pontos de ligação entre células).
Os resultados revelam novos tipos de células, características e princípios organizacionais e funcionais. Entre os mais impressionantes está a descoberta de um novo princípio de inibição no cérebro.
Anteriormente, os cientistas pensavam nas células inibitórias (as que suprimem a atividade neuronal) como uma simples força que amortece a ação de outras células.
No entanto, descobriram um nível de comunicação muito mais sofisticado, as células inibitórias não atuam de forma aleatória, mas são altamente seletivas em relação às células excitatórias que visam, criando um sistema de coordenação e cooperação em toda a rede.
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