Projeto Conectoma Humano: o Mapeamento das Sinapses Cerebrais

Neurociências

Por Flora Finamor Pfeifer em maio 25, 2018

O órgão que determina nossa essência é aquele do qual menos se entende.

Na antiguidade, os médicos acreditavam que nosso cérebro era constituído de um humor, chamado fleuma. Aristóteles, por sua vez, o pôs como um refrigerador que “esfria os ardores do coração”. No século 17 essa percepção passou a mudar, com Thomas Willis, médico britânico que reconheceu o tecido esponjoso em nossa cabeça responsável pelo processo mental. Só no século seguinte descobriu-se que ele era um órgão elétrico. Foi só com Ramon y Cajal, no século 19, que constatou-se que cada neurônio é uma célula distinta e demais funcionamentos entre as estruturas cerebrais. Contudo, grande parte do funcionamento cerebral ainda é desconhecida.

Nas últimas décadas, desenvolveram-se técnicas e ferramentas para melhor compreendermos os processos neuronais. A Ressonância Magnética Funcional (fMRI), uma das técnicas mais utilizadas, permite que recordemos a atividade cerebral através das ondas emitidas, assim como a Tomografia por Emissão de Positrões (PET), que utiliza princípios nucleares. A Estimulação Magnética Transcraniana (TMS) nos permite estimular áreas específicas, enquanto o Eletroencefalograma (EEG) grava a atividade elétrica. Vale ressaltar que as técnicas são complementares e muitas vezes é necessário o uso de mais de uma ferramenta para chegar se a conclusões.

Recentemente, tem-se estruturado o desenvolvimento de mais uma ferramenta para pesquisas cerebrais: o Conectoma. Consiste em imagens tridimensionais computacionais das células, revelando todas suas protuberâncias e ramificações. Assim, é possível construir um “mapa” em alta resolução das conexões cerebrais e, a partir daí, buscar resposta para as questões dos comportamentos neuronais que implicam no processo de memória, aprendizado e doenças cerebrais, por exemplo.

O Projeto do “Conectoma Humano” está sendo financiado através de dois consórcios liberados pelo Instituto Nacional de Saúde Americano, totalizando uma quantia de 40 milhões de dólares. O primeiro será liderado por pesquisadores na Universidade de Washington, St. Louis e Universidade de Minnesota. O segundo, por cientistas do Massachusetts General Hospital (MGH), Universidade de Harvard e pela Universidade de California Los Angeles (UCLA).

Até o momento, o único organismo o qual se tem uma versão completa de seu conectoma é do nematelminto C. elegans, um organismo de 1,5mm com uma rede neural de 300 neurônios e aproximadamente 7000 sinapses.  Levou-se cerca de 12 anos para construir tal mapa neural, de um trabalho repetitivo e mecânico, muito devido à limitações técnicas. Quanto ao cérebro humano, por sua vez, estima-se ter cem bilhões de neurônios e setecentos trilhões de sinapses – um grau de complexidade imensamente maior que o da C. elegans. É necessário, pois, desenvolver-se a tecnologia neurocientífica de inteligência artificial e microscopia para poder-se atingir tal objetivo. É algo ainda inconcebível atualmente, mas não impossível.

Assim como na década de 90 foi-se possível decodificar o código genético individual através do Projeto Genoma, anseia-se conseguirmos um diagrama das conexões cerebrais individuais no Projeto Conectoma. A teoria que embasa essa empreitada é a de que somos e pensamos diferentemente pois nossas conexões sinápticas são diferentes. Isso é o que nos faz ser quem somos. As implicações práticas seriam de extrema relevância: curar doenças mentais, ainda tão desconhecidas, ou mudar certos padrões comportamentais resumiriam-se em consertar-se os próprios conectomas que, por sua vez, são produto do seus genes e experiências, e apresentam relativa plasticidade.

Apesar de ainda não contarmos com o conectoma humano completo, essa ferramenta já permite a análise de partes específicas. Possibilita também analisar o cérebro de ratos, que funcionam em muitos aspectos de maneira similar, para chegar-se a conclusões acerca dos próprios cérebros humanos.

A pesquisa do Conectoma em humanos, atualmente, limita-se à estruturas mortas, parte do ramo da neurociência conhecido como neuroanatomia. Apesar de saber-se a importância da atividade elétrica dos neurônios na implicação de nossos comportamentos, certos aspectos se preservam de natureza estrutural. Comportamentos e ações momentâneas e passageiras são frutos da atividade, mas elementos que definem certos traços de personalidade, por exemplo, perduram ao longo das etapas da vida e ainda são passíveis de observação quando ela não mais existe.  

Minha Experiência

No verão de 2014, durante minhas férias escolares, eu tive a oportunidade de estagiar no Lichtman Lab, o laboratório de neurociências de Harvard, onde parte deste projeto está sendo desenvolvido, chefiado pelo Dr. Jeff Lichtman.
Entrei em contato com esta pesquisa através de uma reportagem, entrei no site para saber mais, resolvi mandar uns emails… E minha surpresa quando eles responderam que eu poderia auxiliar lá durante algumas semanas!

Eu assessorei diretamente o estudante de doutorado Jonathan Leckenby na sua tese sobre o comportamento regenerativo de axônios pós-trauma. Ele era um cirurgião plástico e estava interessado no processo de regeneração dos nervos após a paralisia facial. No laboratório, podia usar justamente esse ferramental do projeto conectoma para observar como os neurônios e axônios interagem e se conectam entre eles e com as demais estruturas.

Nós estudávamos, especificamente, um nervo tirado de atrás de orelha de ratinhos. O processo, basicamente, era o seguinte: extraia-se o pedaço do nervo com o rato sedado (isto não o matava), colocava-se numa espécie de “fatiador” que o cortava em pedaços de uma finíssima espessura e os ordenava em uma tira, como seu fosse um filme de fotografia. Pegávamos, então, esta fita, recortávamos as imagens uma a uma com um estilete e colávamos em discos de metal que seriam inseridos em um microscópio de altíssima tecnologia. Este, então, processava as imagens em alta resolução e, a partir daí, as abríamos em um software e coloríamos as estruturas as quais estávamos interessados uma a uma através do computador. Bom, no final, o trabalho se parecia um livro de colorir!

Havia dois tipos de software em operação: um que coloria as estruturas automaticamente, onde o trabalho humano resumia-se em identificar falhas (utilizado para estudos mais em massa) e o outro (o que eu utilizava) onde nós é que coloríamos as estruturas que nos interessavam.

As figuras, então, eram sobrepostas, formando um modelo tridimensional computacional de alta resolução do sistema nervoso, o que possibilitava insights sobre o comportamento das estruturas e as funcionalidades de suas conexões.

O mais legal foi presenciar o “limiar” de uma ciência, podendo estar em um ambiente em que o vigor da descoberta é tão presente. Era a projeção do futuro, de uma nova técnica para revolucionar o  conhecimento humano – algo realmente incrível!

Para saber mais:

https://lichtmanlab.fas.harvard.edu/

https://www.youtube.com/watch?v=F37kuXObIBU (Ted Talk – Jeff Lichtman)

https://www.youtube.com/watch?v=HA7GwKXfJB0 (Ted Talk – Sebastian Seung)

 

Comentários

Deixe uma resposta

O seu endereço de e-mail não será publicado. Campos obrigatórios são marcados com *