Usando um pequeno fragmento de tecido cerebral de camundongo do tamanho de um grão de areia, foi desenvolvido o primeiro mapa tridimensional detalhado do cérebro de um mamífero. Este mapa abrange a forma, a função e a atividade de 84.000 neurônios, que são estruturas ramificadas responsáveis por transmitir sinais neurais através de longos axônios, alcançando mais de 500 milhões de sinapses, além de 200.000 células cerebrais. A amostra de tecido continha 5,4 quilômetros de conexões neurais, uma medida que equivale a quase uma vez e meia o tamanho do Central Park, em Nova York.
Este empreendimento é o resultado de quase dez anos de pesquisa colaborativa envolvendo 150 cientistas de 22 instituições, sob a liderança do Instituto Allen para Ciência do Cérebro, da Faculdade de Medicina Baylor e da Universidade de Princeton. O diretor associado de dados e tecnologia do Instituto Allen observou que o projeto revela a beleza intrínseca do cérebro, destacando a complexidade e os detalhes das estruturas neurais.
O mapa criado representa apenas uma fração do cérebro de um camundongo, especificamente 1/500 do seu volume total, mas gerou 1,6 petabytes de dados. Essa quantidade de informações é comparável a 22 anos de vídeo em alta definição e está acessível ao público através do Programa de Inteligência de Máquina de Redes Corticais (MICrONS). A equipe de pesquisa divulgou os resultados em uma série de artigos na revista Nature.
Para elaborar o mapa, os cientistas da Faculdade de Medicina Baylor utilizaram microscópios especiais para registrar a atividade cerebral em um cubo de 1 milímetro cúbico do córtex visual do camundongo. Este trecho do cérebro é crucial para o processamento visual do animal e foi estudado enquanto o camundongo estava acordado e exposto a diversos estímulos visuais, como filmes e clipes de esportes radicais. Após a eutanásia do animal, o tecido cerebral foi cortado em mais de 28.000 lâminas ultrafinas, cada uma com 1/400 da largura de um fio de cabelo humano, e cada fatia foi meticulosamente fotografada.
A equipe de microscopia eletrônica preparou e seccionou essas camadas de tecido cerebral, utilizando tecnologia automatizada para fotografar cada uma delas ao longo do processo. O auxílio de inteligência artificial foi fundamental para delinear cada neurônio através das imagens obtidas, um processo que continua a ser validado pelos pesquisadores. O resultado é um “conectoma”, que oferece uma visão integrada da organização cerebral do camundongo e proporciona insights sobre como diferentes tipos de células funcionam em conjunto.
Historicamente, mapear o cérebro desta maneira era considerado um desafio quase impossível. O biólogo molecular Francis Crick, renomado por suas contribuições à descoberta da estrutura do DNA, expressou sua dúvida a respeito da capacidade da neurociência de alcançar uma compreensão tão detalhada do cérebro humano. Contudo, os avanços alcançados por meio deste projeto atual estão transformando essa perspectiva.
O conectoma do cérebro do camundongo se insere em um contexto de trabalhos semelhantes com organismos menores. O conectoma do verme nematódeo C. elegans foi completado em 2019, e um mapa da conectividade neuronal da mosca-das-frutas foi revelado em 2024. É importante notar que um milímetro cúbico de cérebro de camundongo é aproximadamente 20 vezes maior que o cérebro completo da mosca-das-frutas e apresenta uma complexidade significativamente maior. As ambições dos pesquisadores incluem criar um mapa abrangente do conectoma do cérebro de camundongos dentro de alguns anos, embora o desafio de mapear o cérebro humano em resolução similar represente um obstáculo considerável, dada sua complexidade e tamanho.
O estudo do neocórtex, uma parte do cérebro que se destaca nas funções cognitivas dos mamíferos, é especialmente relevante. Pesquisadores destacam que esta região é crucial para processos como percepção sensorial, processamento de linguagem, planejamento e tomada de decisões. Compreender a moldura e a função do cérebro de camundongos pode abrir novas possibilidades para investigar distúrbios neurológicos humanos, como Alzheimer e Parkinson, que envolvem disfunções na comunicação neural.
A exploração dessas complexidades pode permitir comparações mais eficazes entre circuitos cerebrais saudáveis e aqueles afetados por doenças, semelhante a um “Google Maps” ou planta do cérebro, fornecendo novas perspectivas para a pesquisa em neurociência.
