O Projeto Conectoma Humano.

por Gladis Franck da Cunha

Concepção de rede neural por Mike Fiel

Poderá o conectoma nos definir melhor do que o genoma?

Sebastian Seung

Sebastian Seung acredita que sim!

Ele lidera as pesquisas neste novo campo que pode ser designado como conectonomia, e que, atualmente, ocupa um espaço destacado em neurociência.

O objetivo deste programa é desenvolver a tecnologia que permita traçar o mapa individual das ligações entre os neurônios do cérebro humano, ou seja, o mapa das sinapses e dos caminhos seguidos pela atividade neuronal.
Seung compara a atividade neuronal à água de um riacho, enquanto o conjunto dos neurônios e sinapses por onde trafega o impulso nervoso seria o leito do rio.

Imagem usada por Seung em conferência do TED

Este mapa, que está sendo chamado de conectoma, seria o traçado de todos os leitos de riacho e rios que estão presentes no cérebro de um indivíduo, ou seja, o mapa de todos os circuitos e fios usados para ligar os diferentes neurônios.

Se considerarmos que a plasticidade do tecido nervoso é muito grande de forma que a sua arquitetura final está diretamente relacionada com as experiências de vida da cada indivíduo, nosso conectoma seria tão individual quanto o nosso genoma. Dessa forma, sua compreensão poderia abrir uma nova forma de compreender os nossos cérebros e nossas mentes.

Este mapa, melhor do que o genoma, poderia caracterizar e diferenciar cada indivíduo, pois reflete as interações pessoais estabelecidas com o ambiente. Assim, mesmo os gêmeos idênticos que têm o mesmo genoma terão diferentes conectomas, da mesma forma como têm diferentes impressões digitais.

Porém, com a tecnologia atual este é, ainda, um trabalho impossível. 

Um único neurônio, quando colocado em uma placa de Petri, espontaneamente, desencadeia uma onda de corrente elétrica que percorre a sua extensão. Se ele receber pulsos de energia poderá responder com picos extras de tensão. Se ele for banhado numa solução com vários neurotransmissores, será possível alterar a força e o período de suas ondas elétricas.

Apesar disso, por si só, nesta placa, o neurônio não pode fazer muito, mas se forem adicionados mais 302 neurônios, pode se formar um sistema nervoso equivalente ao do verme Caenorhabditis elegans. Este verme com apenas 302 neurônios conectados pode tomar decisões e emitir os comandos para o corpo, a fim de se ajustar à condições presentes no seu ambiente natural.

Junte-se mais 86 bilhões de neurônios, com 86 trilhões de conexões, e teremos um cérebro humano, capaz de muito, muito mais.

Contudo, a forma como as nossas mentes emergem do nosso “rebanho” de neurônios é uma questão que permanece profundamente misteriosa. É o tipo de questão que a neurociência, apesar de todos os seus triunfos e descobertas, ainda está mal equipada para responder.

Alguns neurocientistas dedicam suas carreiras para desvendar o funcionamento dos neurônios individuais. Outros escolhem uma escala maior: eles podem, por exemplo, investigar como o hipocampo, um aglomerado de milhões de neurônios, codifica memórias.

Outros observam o cérebro de uma escala ainda maior, observando todas as regiões que se tornam ativas quando se executa uma tarefa específica, como ler ou sentir medo. Mas poucos têm tentado contemplar o cérebro em todas suas escalas ao mesmo tempo. Sua reticência decorre, em parte, do desafio tecnológico que isto representa.

Por enquanto, somente para o verme Caenorhabditis elegans foi construído um conectoma, mas neste caso são apenas 302 neurônios no sistema nervoso inteiro e, vamos combinar, um verme não têm uma vida muito complexa.

Conectoma do verme Caenorhabditis elegans

Na figura acima os pontos destacados são os neurônios e as linhas são as conexões presentes. Se as interações entre estes 302 neurônios já  se constitui em um emaranhado complexo de feedbacks, ao considerarmos 86 bilhões de neurônios é proposto um problema cuja solução transforma o esforço de compreensão do funcionamento cerebral humano numa dor de cabeça em escala cósmica!

Apesar disso, Sebastian Seung está coordenando este novo e ambicioso projeto de mapeamento maciço do cérebro, para analisar a arquitetura das ligações neuronais considerando todas as ligações presentes num cérebro humano para construir sua planta arquitetônica ou o "conectoma". Para tanto, haverá necessidade de criação de supercomputadores e poderosos softwares gráficos.

Da mesma forma, quando o projeto genoma humano foi proposto a tecnologia disponível sugeria que esta seria uma tarefa quase impossível e que o prazo de 10 anos para o seu término era um prognóstico fantasioso. Porém, no decorrer das pesquisas, novas tecnologias foram sendo desenvolvidas, que a identificação de bases na molécula de DNA se tornou rápida e fácil.

Como resultado, o Projeto Genoma Humano foi concluído dois anos antes do previsto. Porém, os resultados trouxeram mais perguntas do que respostas. Apesar disso, as tecnologias de identificação através do DNA trouxeram um grande impulso a diferentes áreas da ciência humana como a criminalística, por exemplo.

O Projeto Conectoma Humano apresenta desafios tecnológicos ainda maiores, pois atualmente são analisados cortes cerebrais, ou seja, as imagens usadas são de cérebros mortos. Ainda não há tecnologia para escanear o cérebro vivo e produzir imagens semelhantes as de lâminas usadas em microscópios. Por isso, mesmo que ao ser concluído ele também não traga todas as respostas que nos permitam entender a mente humana, certamente, as tecnologias que serão desenvolvidas para sua execução são muito bem-vindas.

Este é um projeto bastante complexo, mas, por sorte, Sebastian Seung é muito carismático e comunicativo e consegue explicar de forma bastante didática o Projeto Conectoma. Isso pode ser conferido no vídeo abaixo, gravado numa conferência de 20 minutos que proferiu num dos eventos do TED na Inglaterra em julho de 2010.

Ela está em inglês, mas as legendas  podem ser ligadas clicando em "view subtitles" embaixo do vídeo. As legendas estão disponíveis em 13 idiomas, incluindo Português do Brasil, escolha o de sua preferência e curta, pois vale a pena.


Referências:
SEUNG, Sebastian. “I am my connectome”. Conferência para o TED em Oxford – Inglaterra em Julho, 2010.

SEUNG, Sebastian. Connectomics: Tracing the Wires of the Brain. The DANA foundation. November 03, 2008. 

ZIMMER, Carl. 100 Trillion Connections: New Efforts Probe and Map the Brain's Detailed Architecture. Scientific American Magazine - Mind & Brain, Janeiro de 2011.

LENT, Roberto. Afinal, quantas células tem o cérebro humano? Ciência Hoje On-line. Publicado em 27/02/2009 | Atualizado em 15/12/2009. Disponível em : http://cienciahoje.uol.com.br/colunas/bilhoes-de-neuronios/afinal-quantas-celulas-tem-o-cerebro-humano

LENT, R. ; AZEVEDO, F.A.C. ; NEVES, W.A. Quantos neurônios tem o cérebro? Ciência Hoje, n 274, vol. 46 p36-43, SBPC, setembro 2010.