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Correio Braziliense

Cientistas apresentam um mapa inédito das conexões neurais

Pesquisadores americanos traçam milhares de interligações entre áreas do cérebro de mamíferos, resultando no diagrama mais detalhado sofre funções superiores do órgão. O trabalho poderá ajudar no combate a doenças neurodegenerativas, como o Alzheimer


postado em 31/10/2019 06:00

Impressão artística de conexões neurais do cérebro de um mamífero: mais de 100 bilhões de sinapses(foto: Benedicte Rossi/Divulgação)
Impressão artística de conexões neurais do cérebro de um mamífero: mais de 100 bilhões de sinapses (foto: Benedicte Rossi/Divulgação)
Na busca pela maior compreensão sobre o cérebro dos mamíferos, um grupo de pesquisadores desenvolveu o mais detalhado mapa das conexões neurais do órgão. Em um estudo publicado na revista Nature, os cientistas do Instituto Allen, nos Estados Unidos, traçaram milhares de interligações entre as distintas áreas cerebrais, estabelecendo as bases da compreensão de como o mau funcionamento do “diálogo” neural pode estar associado a doenças neurodegenerativas, como Alzheimer, e transtornos mentais, como esquizofrenia.

O conjunto de dados, resultante de aproximadamente mil novos experimentos, representa o mapa mais aprofundado de conexões no cérebro de mamíferos até o momento. Ele rastreia a fiação neural dentro e entre o tálamo e o córtex, a camada mais externa do cérebro, responsável por funções de nível superior, como memória, tomada de decisão e compreensão do mundo ao nosso redor.

Examinando os dados, os pesquisadores descobriram um “organograma” subjacente da fiação entre as diferentes áreas que compõem essas duas estruturas, mostrando uma ordem definida para as conexões que são a base do que faz o cérebro funcionar. “As conexões são a maneira principal pela qual os neurônios se comunicam. As redes elaboradas e complicadas do cérebro, seus diferentes caminhos e subsistemas, processam tudo o que vemos, nossos movimentos, nossas memórias e nossos  sentimentos. Compreender a conectividade do cérebro é fundamental para entender como ele funciona”,  diz Hongkui Zeng, Ph.D., diretor executivo de ciência estruturada do Instituto Allen e autor sênior do estudo.

Alta resolução 

O estudo descreve uma expansão de alta resolução de um atlas virtual do cérebro de camundongos, lançado pelo Instituto Allen em 2014, e que descreve as conexões entre as regiões cerebrais. Para ter uma visão mais detalhada de como esse órgão está conectado, os pesquisadores estudaram as ligações entre classes específicas de neurônios que cobrem duas partes principais do cérebro, o córtex e o tálamo. Os experimentos foram feitos com um vírus especialmente modificado que rastreia os caminhos dos neurônios, iluminando as rotas de informações do cérebro em cores brilhantes.

Se o primeiro mapeamento capturou o equivalente aos trilhos no sistema de trânsito do cérebro, essa nova expansão adiciona rotas específicas de um ponto para outro. O conjunto de dados captura conexões entre os neurônios no tálamo e no córtex, iluminando cinco tipos de células que habitam diferentes camadas do córtex. O cérebro do rato tem aproximadamente 85 milhões de neurônios, que fazem cerca de 100 bilhões de conexões ou sinapses. Ninguém ainda mapeou um conectoma (mapa de sinapses) completo, sinapse por sinapse, de um cérebro de mamífero, mas capturar as conexões feitas por diferentes classes de células permitiu que os pesquisadores descobrissem novas informações sobre como o diagrama de fiação é organizado.

“Esse é outro estudo histórico, que aborda questões fundamentais da organização cerebral no camundongo”, diz David Van Essen, professor de neurociência da Washington University School of Medicine e consultor científico do Instituto Allen de Ciência Cerebral. “A equipe adquiriu, analisou e compartilhou livremente uma grande quantidade de dados de conectividade anatômica de alta qualidade, fornecendo a descrição mais extensa do conectoma até hoje, válida para qualquer cérebro de mamífero.”

Alterações nas conexões cerebrais foram observadas na doença de Alzheimer, no Parkinson e em vários outros distúrbios cerebrais. Agora, Julie Harris, Ph.D., diretora associada de Neuroanatomia do Allen, que liderou o estudo de conectividade, pretende explorar um mapa semelhante de conexões em um modelo de rato com Alzheimer. O objetivo é entender melhor como o diagrama de fiação — e sua organização subjacente — podem mudar nessa forma predominante de demência. “O que saiu desses dados foi uma grande bagunça de conexões e, à primeira vista, parecia que tudo estava conectado a tudo”, diz Harris, coautora principal do artigo da Nature. “A grande questão para nós foi: como você entende esses padrões? Existe alguma lógica por trás disso?”

Hierarquia

Usando uma abordagem computacional, os pesquisadores descobriram que diferentes seções do córtex e do tálamo podem ser mapeadas em uma hierarquia. Partes do córtex especializadas para informações coletadas por nossos sentidos, como visão e olfato, estão nos degraus inferiores, e regiões que lidam com tarefas mais complicadas — como uma memória evocada por um perfume familiar — ficam no topo. As conexões fluem para cima e para baixo no organograma do cérebro, mas as sinapses que se movem para cima são diferentes daquelas que se movem para baixo.

Os pesquisadores também descobriram que nem todas as conexões respeitam essas leis hierárquicas. Há indícios de que o córtex humano usa o mesmo sistema organizacional, e um estudo anterior liderado por Van Essen mostrou uma hierarquia semelhante nas regiões visuais do cérebro dos primatas.

“Essa não é uma hierarquia simples, como uma sequência unidirecional de etapas ascendentes. Existem muitas conexões que não seguem as regras hierárquicas estritas. Mas isso nos diz algo sobre o provável fluxo de informações nessas partes do mamífero”, diz CChristof Koch, Ph.D, presidente do Instituto Allen de Ciência Cerebral. “O próximo passo será examinar diretamente como os neurônios passam informações através de suas atividades elétricas para confirmar que esse padrão é importante”, conclui.

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