Nós já mapeamos o genoma humano, pisamos em todo pedaço de terra disponível na superfície terrestre, pousamos na Lua e mergulhamos nos oceanos. Há poucas regiões restantes do globo para serem mapeadas, além do espaço e do cérebro humano.

É um tanto irônico, pois o que tem estado conosco desde o início é um dos maiores mistérios para a humanidade. Bom, não é de se admirar. O cérebro humano é composto de 80 bilhões de neurônios, sem mencionar a grande quantidade de células necessárias para funcionar. Os neurocientistas não possuem mesmo certeza de quantos diferentes tipos de células existem no cérebro humano.

Mesmo que agora tenhamos tecnologia computacional para facilitar esses processos, os especialistas dizem que levará décadas até que o cérebro esteja completamente mapeado.

Hoje, temos uma compreensão miscelânea do órgão. A ciência médica tem conhecimentos gerais das regiões e sobre certas funções originárias. No entanto, existem algumas áreas que conhecemos intimamente. Bilhões de neurônios possuem formatos de padrões distintos um do outro, tornando difícil sua compreensão. Como eles afetam o pensamento ou o comportamento humano ainda é em grande parte desconhecido.

[adrotate banner=”7″]

Um projeto em particular conhecido como BRAIN Initiative foi criado para preencher essas lacunas. Compreender todas as células e como e porquê elas estão juntas é a meta, de acordo com Lydia Ng, diretora de tecnologia da iniciativa.

Além do mapeamento de 86 bilhões de neurônios, o Allen Institute for Brain Science, o principal motor por trás deste projeto, pretende construir uma base de dados com todas as informações que encontrarem.

Ex-presidente dos EUA, Barack Obama, no BRAIN Initiative.
Ex-presidente dos EUA, Barack Obama, no BRAIN Initiative.

Os investigadores vão usar quatro características para categorizar as células do cérebro: forma, posição dentro do órgão, a atividade elétrica e de expressão do gene.

Até agora, a equipe usou dezenas de fotos de alta resolução de neurônios, cada um estimulado com eletricidade usando um microscópio de luz. Isto foi feito observando a posição de cada neurônio dentro do córtex do sujeito, realizado em modelos de ratos.

Allan Jones é o CEO deste projeto. Ele diz que estão olhando para todas as partes do cérebro e como elas interagem, a fim de obter um melhor aspecto da neurologia humana. De acordo com Allen, até agora eles encontraram um certo número de tipos de células, regimentadas em classes.

Em termos de expressão do gene, a equipe vai se concentrar em sequenciamento de RNA em cada célula individual. Eles vão olhar para a sobreposição nas quatro variáveis acima mencionadas e completar uma taxonomia das células do cérebro inteiro.

Este sistema de classificação vai ajudar os físicos, neurocientistas e outros profissionais num melhor entendimento do cérebro humano, esperando ser mais capazes de diagnosticar e tratar psiquiátricos com distúrbios neurodegenerativos, tais como a demência. Não só são coletados os dados importantes, mas como a metodologia utilizada irá ajudar terceiros em iniciativas futuras.

O esforço é extremamente complexo. Para mapear com sucesso o cérebro, os pesquisadores devem identificar milhões de pontos de dados.

As leituras elétricas são feitas pela primeira vez, fornecendo corrente aos neurônios através de pipetas ou pequenos túbulos de apenas um mícron de largura. Um fio de cabelo humano médio tem cerca de 75 microns de largura. Um vaso sanguíneo vermelho humano é de cinco microns. A corrente elétrica utilizada faz com que o neurônio dispare. A partir daí, os pesquisadores podem gravar o sinal de saída da célula.

Mas desde que os neurônios ramificam-se em todos os lugares, e há muitos sistemas diferentes usados para compreender a rede neural, os pesquisadores precisam aplicar a mesma técnica diversas vezes para serem capazes de comparar e traçar as leituras de um neurônio para outro. Esta metodologia está sendo compartilhada com outros centros de pesquisa de modo a gerar uniformidade. Desta forma, todos os dados da pesquisa do cérebro podem ser perfeitamente incorporados.

Claro, não é ético realizar tais experiências com um cérebro humano em um paciente vivo. Devido a isso, mapear os locais exatos dos neurônios em seres humanos continua a ser uma tarefa difícil.

As células nas quais os neurocientistas fazem experiências vêm de certos pacientes, a partir de uma fração do cérebro removida por causa de um tumor. Mesmo assim, com tantos locais diferentes do órgão, os cientistas podem ser capazes de montar separadamente um cérebro totalmente reconstruído, e entender como ele funciona em comparação com um cérebro mapeado de um camundongo.

Neurônios de rato coloridos em arco-íris, feitos com proteínas fluorescentes. Foto por Jeff W. Lichtman e Joshua R. Sanes via Wikipedia Commons.
Neurônios de rato coloridos em arco-íris, feitos com proteínas fluorescentes. Foto por Jeff W. Lichtman e Joshua R. Sanes via Wikipedia Commons.

A outra grande iniciativa é o Projeto Conectoma Humano (HCP – Human Connectome Project) financiado pelos Institutos Nacionais de Saúde (NIH). Como o projeto genoma analisa o DNA dentro das células, o projeto conectoma examina como um neurônio se conecta a outro.

Simplificando, eles estão investigando a fiação do cérebro. Este é um esforço combinado incluindo 11 instituições e 36 pesquisadores individuais. As grandes forças motrizes do HCP são a The University of Southern California’s Laboratory of Neuro Imaging, juntamente com Massachusetts General Hospital’s Martinos Center for Biomedical Imaging.

Dr. Arthur Toga é um neurocientista da USC. Ele diz que as imagens que foram coletadas até agora foram os “spaghetti coloridos.” Fibras brilhosas no redemoinho vermelho, verde e azul juntas, parecendo ser mais arte moderna do que neurologia. Cada cor designa que direção a fibra está viajando. Fibras azuis viajam por todo o cérebro, verde de anterior para posterior, e vermelho da esquerda para a direita.

Foto colorida de neurônios de rato. Foto por Stephen J Smith via Wikimedia Commons.
Foto colorida de neurônios de rato. Foto por Stephen J Smith via Wikimedia Commons.

Conjuntos de dados para este projeto estão publicamente disponíveis, assim os investigadores de todo o mundo podem usá-los para seus próprios projetos.

1.200 participantes compostos de gêmeos e irmãos normais estão tendo seus cérebros escaneados, para ver se a fiação é mais ou menos hereditária ou não. Bobinas especializadas para ressonância magnética da cabeça acompanham e analisam cada parte do cérebro de forma não invasiva. Isto está criando as primeiras imagens já detalhadas de um cérebro trabalhando dentro de uma pessoa viva.

[adrotate banner=”8″]

Até agora, os cientistas descobriram que, ao invés de um emaranhado caótico, as fibras na verdade são organizadas em uma grade, algo como um layout 3D de Manhattan, com ruas correndo em ambos os sentidos e elevadores de escalada para cima ou para baixo. Em certas áreas, axônios se sobrepõem uns aos outros precisamente, criando ângulos perfeitos de 90 graus. Nos outros, eles são entrelaçados juntos como se tivessem sido tecidos em um tear. Embora possa-se ver onde essas cochas vão, realmente não se sabe onde elas se conectam.

De acordo com Toga, são as ligações cerebrais que importam, são elas que nos fazem individuais e únicos. Desde que o cérebro é maleável, com algumas pessoas, diferentes regiões são alteradas desde cedo na vida, enquanto para outras a mudança ocorre lentamente ao longo do tempo.

Dados preliminares sugerem que a genética pode influenciar a conectividade. Mas os padrões de fiação de cada indivíduo são tão únicos como uma impressão digital. A varredura de um cérebro de um indivíduo pode até mesmo separar qualquer indivíduo de um grupo maior.

Os investigadores já estão vendo uma relação entre a fiação do cérebro e traços de personalidade positivos. Por exemplo, os neurocientistas de Oxford descobriram fortes evidências de que traços como um forte sentimento de satisfação com a vida e ter atingido um nível elevado de educação têm certos padrões, enquanto outros padrões sugerem quebra de regras, raiva e até mesmo abuso de substâncias.

Neurônios disparando em um determinado padrão. Como eles fazem isso e onde eles se conectam pode dizer muito sobre uma pessoa.
Neurônios disparando em um determinado padrão. Como eles fazem isso e onde eles se conectam pode dizer muito sobre uma pessoa.

Algum dia, os neurocientistas poderiam até usar perfis de conectividade para prever o comportamento cognitivo e inteligência fluida de uma pessoa. A “rede frontoparietal emergiu como a mais distintiva” em termos de conectividade, de acordo com Toga. Agora, os neurocientistas estão tentando encontrar quais partes da fiação do cérebro são as mesmos e quais são individualizadas, e por que isso acontece.

O diretor do NIH Dr. Francis Collins escreveu em seu blog que ele acredita que esta investigação vai nos ajudar a entender melhor a esquizofrenia, o autismo e outras condições, nos ajudando a criar novas abordagens para os respectivos tratamentos, talvez até um dia os impedindo completamente.

Pode haver limitações com base na abordagem e interpretação da composição do cérebro. Além do mais, a complexidade do órgão significa que quanto mais nós compreendemos, mais percebemos o que nós não sabemos.

Toga chamou a habilidade de estudar conexões enquanto elas mudam com o tempo de “O Santo Graal”. Embora nossa compreensão do cérebro se torne cada vez mais sofisticada, é um órgão tão complexo que os cientistas advertem que talvez nunca seja completamente entendido.


Originalmente publicado em Big Think
Tradução: Rodrigo Zottis


Contribua com a continuidade de Ano Zero, clique aqui.

Você pode querer ler também:

Seu cérebro não armazena informação
O que você sabe sobre o cérebro está errado