Consórcio internacional FlyWire mapeia conectoma completo de 140.000 neurônios do cérebro da mosca-das-frutas

Uma coalizão internacional de neurocientistas, cientistas da computação e voluntários cidadãos conhecida como Consórcio FlyWire revelou o primeiro diagrama completo de fiação sináptica neurônio por neurônio — ou conectoma — do cérebro de uma mosca-das-frutas adulta. Publicado como uma histórica coleção de nove artigos na revista científica Nature e coliderado por pesquisadores da Universidade de Princeton, da Universidade de Cambridge e do Laboratório de Biologia Molecular do Medical Research Council (MRC) britânico, o atlas mapeia todos os 139.255 neurônios e 54,5 milhões de sinapses de uma fêmea adulta de Drosophila melanogaster.

Embora o cérebro de uma mosca-das-frutas tenha menos de um milímetro de largura — menor que uma semente de papoula —, ele concentra cerca de 149,2 metros de fiação biológica intrincada capaz de coordenar voo acrobático, visão binocular, navegação espacial, memória associativa, limpeza corporal e cantos de cortejo. Antes do marco do FlyWire, os únicos organismos com conectomas cerebrais totalmente mapeados eram o verme nematoide Caenorhabditis elegans (302 neurônios), o verme marinho Platynereis dumerilii e uma larva de mosca-das-frutas (3.016 neurônios).

Microscopia eletrônica, segmentação por IA e revisão colaborativa global

A construção do mapa partiu de um conjunto de dados brutos capturado em 2018 por Davi Bock e colegas no Campus de Pesquisa Janelia do Instituto Médico Howard Hughes, que fatiaram um único cérebro de mosca fêmea em 7.050 seções ultrafinas de 40 nanômetros e registraram imagens por microscopia eletrônica de transmissão de alta velocidade. Para converter essas 21 milhões de micrografias em um diagrama tridimensional, os professores de Princeton Sebastian Seung e Mala Murthy desenvolveram algoritmos de aprendizado de máquina para rastrear membranas celulares e junções sinápticas.

Como a inteligência artificial sozinha ainda comete erros de rastreamento em lacunas microscópicas, a equipe de Princeton criou uma plataforma colaborativa aberta que permitiu a 287 pesquisadores de mais de 140 laboratórios ao redor do mundo — ao lado de jogadores de ciência cidadã — revisar e anotar manualmente cada neurônio. Colaboradores liderados por Gregory Jefferis em Cambridge e Philipp Schlegel classificaram os circuitos em 8.453 tipos celulares distintos, mais da metade dos quais (4.581) nunca havia sido descrita antes.

“Se quisermos entender como o cérebro funciona, precisamos de uma compreensão mecanística de como todos os neurônios se encaixam e permitem que você pense. Ter o conectoma completo da mosca adulta é transformador para a neurociência.” — Sebastian Seung, professor de Neurociência e Ciência da Computação na Universidade de Princeton

Simulação de sinais cerebrais e futuros mapas de mamíferos

Estudos complementares no pacote da Nature já demonstram o poder preditivo do banco de dados de acesso aberto. Em um experimento, pesquisadores de Princeton criaram um modelo computacional de todo o conectoma que previu com mais de 90 por cento de precisão quais circuitos motores seriam ativados quando receptores de sabor doce ou amargo fossem estimulados, coincidindo com gravações de neuroimagem ao vivo. Outros artigos traçaram as vias visuais completas para cor e movimento, bem como os neurônios específicos que ordenam que a mosca pare de caminhar.

Como a Drosophila compartilha cerca de 60 por cento de seu DNA com os seres humanos — incluindo três quartos dos genes conhecidos ligados a doenças humanas —, os pesquisadores afirmam que o conectoma fornece um modelo indispensável para estudar distúrbios neurológicos e inspirar arquiteturas de inteligência artificial energeticamente eficientes. A partir das ferramentas aperfeiçoadas no FlyWire, os neurobiologistas agora planejam mapear o conectoma completo do cérebro de um camundongo, que contém cerca de 70 milhões de neurônios.

Sources

• Nature Portfolio
• Princeton Neuroscience Institute