O diagrama de circuito mais abrangente dos neurônios em um cérebro de mamíferos foi criado por cientistas, fornecendo informações inovadoras sobre o mistério de como o cérebro funciona.
O mapa é de uma mancha do córtex visual de um mouse, menor que um grão de areia, e traça a estrutura de 84.000 neurônios ligados por meio bilhão de sinapses e aproximadamente 5,4 km de fiação neuronal. A reconstrução 3D do milímetro cúbico do cérebro está ajudando a descobrir como o cérebro é organizado e como diferentes tipos de células funcionam juntos, e pode ter implicações para a compreensão da inteligência, consciência e condições neuronais, como Alzheimer, Parkinson, autismo e esquizofrenia.
Os avanços são “um momento de bacia hidrográfico para a neurociência, comparável ao projeto do genoma humano em seu potencial transformador”, de acordo com o Dr. David Markowitz, ex -gerente de programa da atividade avançada de Projetos de Pesquisa da Organização Governamental dos EUA (IARPA), que coordenou o trabalho.
O projeto Microns procurou não apenas mapear a estrutura dos neurônios, mas também investigou a sinalização elétrica entre então, mostrando como eles se comunicam e fornecendo uma imagem melhor das conversas ocultas no cérebro.
Os cientistas da Baylor College of Medicine, no Texas, começaram usando microscópios especializados para gravar a atividade cerebral da região alvo, enquanto o animal assistia a vários filmes e clipes do YouTube. Posteriormente, os pesquisadores do Allen Institute pegaram o mesmo milímetro cúbico do cérebro e o cortaram em mais de 25.000 camadas, cada uma de 1/400 a largura de um cabelo humano e usou uma variedade de microscópios eletrônicos para tirar fotos de alta resolução de cada fatia.
Finalmente, outra equipe da Universidade de Princeton usou inteligência artificial e aprendizado de máquina para reconstruir as células e conexões em um volume 3D. Combinado, o enorme conjunto de dados tem 1,6 petabytes de tamanho, equivalente a 22 anos de vídeo HD ininterrupto.
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“Dentro daquela pequena mancha há uma arquitetura inteira, como uma floresta requintada”, disse Clay Reid, investigador sênior e neurobiologista do Instituto Allen. “Ele tem todos os tipos de regras de conexões que sabíamos de várias partes da neurociência e, dentro da própria reconstrução, podemos testar as teorias antigas e esperar encontrar coisas novas que ninguém nunca viu antes”.
Os resultados revelam novos tipos de células e um novo princípio de inibição dentro do cérebro. Os cientistas pensaram anteriormente em células inibitórias – aquelas que suprimem a atividade neural – como uma força simples que amortece a ação de outras células. Mas o trabalho mais recente constatou que as células inibitórias são altamente seletivas sobre as células que têm como alvo, criando um sistema de coordenação e cooperação em toda a rede.
Compreender a forma e a função do cérebro pode abrir o caminho para uma melhor compreensão dos distúrbios do cérebro que envolvem interrupções na comunicação neural.
“Se você tem um rádio quebrado e o diagrama do circuito, estará em uma posição melhor para corrigi -lo.” disse o Dr. Nuno da Costa, investigador associado do Instituto Allen. “Estamos descrevendo um tipo de mapa do Google ou plano desse grão de areia. No futuro, podemos usar isso para comparar a fiação cerebral em um mouse saudável com a fiação cerebral em um modelo de doença”.
As descobertas são publicadas em uma série de trabalhos na revista Nature.
