O primeiro mapa 3D subcelular de um fragmento do cérebro humano foi construído e há muitas coisas desconhecidas lá

Dez anos de trabalho árduo levaram ao primeiro mapa tridimensional do mundo de um fragmento do cérebro humano com resolução subcelular. Em um milímetro cúbico de substância cinzenta do cérebro feminino, foram encontradas 57 mil células e 150 milhões de sinapses. O mapa revelou os detalhes de todos os meandros do tecido nervoso em toda a variedade de células ali encontradas, entre as quais havia desconhecidas da ciência, o que elevou o estudo da topologia cerebral a um novo patamar.

Fonte da imagem: Harvard e Google

Em 2014, uma mulher com diagnóstico de epilepsia foi submetida a uma cirurgia para remover uma pequena porção do córtex cerebral – o tecido de substância cinzenta do cérebro que cobre ambos os hemisférios com uma fina camada. Um grupo de cientistas da Universidade de Harvard decidiu reconstruir o mapa volumétrico mais preciso possível da amostra. Para isso, os tecidos foram saturados com metais pesados, que se ligaram à camada lipídica das membranas das células nervosas e os desenvolveram para leitura no microscópio eletrônico. Os tecidos foram então saturados com uma solução de endurecimento e cortados em fatias de 34 nm de espessura, após o que começou a digitalização e o mapeamento.

O volume de dados brutos para fatias 2D foi de 1,4 PB. Para processar informações sobre como unir imagens em um objeto 3D, os cientistas solicitaram a ajuda do Google. Este último forneceu recursos baseados em sistemas de aprendizado de máquina. Além disso, os cientistas pintaram tecidos à mão nos casos mais difíceis e verificaram a precisão do modelo. Para melhor visualização, as células menores foram coradas em azul e as células maiores em vermelho. Células de tamanhos intermediários receberam suas cores da paleta espectral usual.

O resultado é o mapa interativo mais detalhado do volume do tecido cerebral humano com resolução subcelular até o momento. É disponibilizado publicamente para que qualquer equipe científica possa utilizar o mapa em suas próprias pesquisas. O mapa revelou muitas coisas surpreendentes e até inesperadas. Por exemplo, os cientistas descobriram extensões de células nervosas na forma de processos celulares ovóides de finalidade desconhecida, que antes eram desconhecidos pela ciência. Células e neurônios em formato de espelho e emaranhados no tecido nervoso também foram descobertos.

O estudo de um mapa do tecido nervoso permitirá esclarecer a topologia da rede e o funcionamento de seus trechos individuais. Isso é importante não só para entender como funciona o cérebro, que ajudará no tratamento de muitas doenças relacionadas, mas também promete ter impacto no desenvolvimento de tecnologias de inteligência artificial. E eles só podem ser desenvolvidos através da compreensão do básico – o trabalho do cérebro humano, que ainda está cheio de mistérios.