Foi criada a maior reconstrução 3D de um fragmento do cérebro humano

Um milímetro cúbico de tecido cerebral pode não parecer muito. Mas quando se considera que esse pequeno quadrado contém 57.000 células, 230 milímetros de vasos sanguíneos e 150 milhões de sinapses, totalizando 1.400 terabytes de dados, os pesquisadores de Harvard e do Google fizeram um enorme progresso.

Uma equipe de Harvard liderada por Jeff Lichtman, Professor Jeremy R. Knowles de Biologia Molecular e Celular e recém-nomeado reitor da Faculdade de Ciências, e pesquisadores do Google criaram a maior reconstrução 3D do cérebro humano até hoje no nível sináptico, mostrando em detalhes vívidos cada célula e sua rede de conexões neurais em uma porção do córtex temporal humano do tamanho aproximado de meio grão de arroz.

A conquista, publicada na revista Science, é a mais recente de uma colaboração de quase uma década com cientistas do Google Research, que combina microscopia eletrônica de Lichtman com algoritmos de IA para codificar por cores e reconstruir a complexa rede neural dos mamíferos. Os três primeiros coautores do artigo são o ex-pós-doutorado de Harvard Alexander Shapson-Ko, Michal Januszewski, do Google Research, e o pós-doutorado de Harvard Daniel Berger.

O objetivo final da colaboração, apoiada pela Iniciativa BRAIN dos Institutos Nacionais de Saúde, é criar um mapa de alta resolução da conectividade neural em todo o cérebro do camundongo, o que exigiria cerca de 1.000 vezes mais dados do que os obtidos apenas de um milímetro cúbico do córtex humano.

A palavra "fragmento" é irônica. Um terabyte é uma quantidade enorme para a maioria das pessoas, mas um fragmento de um cérebro humano — apenas uma minúscula parte de um cérebro humano — ainda equivale a milhares de terabytes.

Jeff Lichtman, Professor Jeremy R. Knowles de Biologia Molecular e Celular

O mapa mais recente da Science contém detalhes da estrutura do cérebro nunca antes observados, incluindo uma rede esparsa, porém poderosa, de axônios conectados por até 50 sinapses. A equipe também observou algumas peculiaridades no tecido, como um pequeno número de axônios formando espirais extensas. Como a amostra foi retirada de um paciente com epilepsia, eles não têm certeza se tais formações incomuns são patológicas ou simplesmente raras.

A área de pesquisa de Lichtman é a "conectômica", que, assim como a genômica, busca criar catálogos completos da estrutura cerebral, incluindo células e conexões individuais. Esses mapas completos iluminarão o caminho para novas compreensões da função cerebral e de doenças sobre as quais os cientistas ainda sabem muito pouco.

Os algoritmos de IA de última geração do Google podem reconstruir e mapear o tecido cerebral em três dimensões. A equipe também desenvolveu um conjunto de ferramentas disponíveis publicamente que os pesquisadores podem usar para explorar e anotar o conectoma.

"Dado o enorme investimento feito neste projeto, era importante apresentar os resultados de uma forma que outra pessoa pudesse se beneficiar deles", disse Viren Jain, pesquisador do Google.

Em seguida, a equipe terá como alvo uma região do hipocampo do camundongo que é importante para a neurociência devido ao seu papel na memória e nas doenças neurológicas.