Finalmente será possível catalogar todos os neurônios do cérebro

Ilustração de tipos morfológicos de células piramidais dentro da camada cortical de um roedor.[Imagem: EPFL/Blue Brain Project]

Catálogo dos neurônios

Cientistas do Projeto Cérebro Azul, que está tentando construir um cérebro artificial, descobriram como as diversas formas dos neurônios podem ser classificadas usando um método matemático.

Isto significa que os neurocientistas agora poderão começar a criar um catálogo geral de todos os tipos de células do cérebro, algo que vinha sendo impraticável até agora.

Com esse catálogo das células - uma espécie de "Tabela Periódica dos Neurônios" - se tornará possível mapear sistematicamente a função e o papel - na saúde e na doença - de cada tipo de neurônio do cérebro.

"Por quase 100 anos, os cientistas têm tentado nomear as células [do cérebro]. Eles as descreveram da mesma forma que Darwin descreveu animais e árvores. Agora, o Blue Brain Project desenvolveu um algoritmo matemático para classificar objetivamente as formas dos neurônios no cérebro. Isso permitirá o desenvolvimento de uma taxonomia padronizada [classificação de células em grupos distintos] de todas as células do cérebro, o que ajudará os pesquisadores a comparar seus dados de maneira mais confiável," explicou o professor Henry Markram, da Escola Politécnica Federal de Lausanne (Suíça),

Células piramidais

A possibilidade de catalogar os neurônios do cérebro surgiu graças ao trabalho da pesquisadora Lida Kanari, que desenvolveu um algoritmo para distinguir as diferentes formas do tipo mais comum de neurônio no neocórtex - as células piramidais.

Células piramidais são células semelhantes a árvores que compõem 80% dos neurônios do neocórtex e, como antenas, coletam informações de outros neurônios. Basicamente, elas são as sequoias das florestas de árvores no cérebro. Elas são excitatórias, enviando ondas de atividade elétrica através da rede, conforme percebemos, agimos e sentimos.

Recentemente foram descobertas estruturas multidimensionais no cérebro humano.
[Imagem: Blue Brain Project]

Até hoje os cientistas não chegaram a um consenso sobre como classificar os neurônios piramidais. Os anatomistas têm atribuído nomes e debatido os diferentes tipos nos últimos 100 anos, enquanto a mais recente neurociência tem sido incapaz de dizer com certeza quais tipos de neurônios são subjetivamente caracterizados. Mesmo para neurônios visivelmente diferentes uns dos outros, não há uma base comum para definir consistentemente os tipos morfológicos.

A nova técnica matemática prova pela primeira vez que é possível classificar objetivamente as células piramidais aplicando ferramentas da topologia algébrica, o ramo da matemática que estuda a forma, a conectividade e a emergência de uma estrutura global a partir de restrições locais. Esse algoritmo pode então alimentar um sistema de inteligência artificial que poderá classificar os neurônios apenas analisando suas imagens.

Componentes básicos do cérebro

A estrutura da maioria dos neurônios se assemelha a uma árvore complexa, com múltiplos ramos conectando-se a outros neurônios e se comunicando via sinais elétricos.

O que Kanari verificou é que, se mantivermos os componentes mais longos da estrutura do neurônio e decompormos os ramos menores, podemos transformar sua estrutura em forma de árvore em um código de barras, um objeto matemático que pode ser usado como entrada para qualquer algoritmo de aprendizado de máquina que classifique o neurônios em grupos distintos.

A definição objetiva dos tipos morfológicos é um primeiro passo essencial para uma melhor compreensão dos componentes básicos do cérebro: como sua estrutura está relacionada à sua função e como as propriedades locais dos neurônios estão conectadas às suas projeções de longo alcance.

O método criado pela equipe fornece um descritor universal de "árvores" neuronais, o que significa que ele pode ser usado para a descrição consistente de todos os tipos de células do cérebro, incluindo os neurônios de todas as regiões, como as células da glia.

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