Após quase uma década de trabalho, cientistas do Google e da Universidade de Harvard divulgaram um mapa em 3D que replica de forma mais abrangente o cérebro humano.
Um milímetro cúbico de tecido cerebral pode parecer insignificante. Contudo, essa pequena amostra contém 57 mil células, 230 milímetros de complexos vasos sanguíneos e 150 milhões de sinapses, equivalendo a 1.400 terabytes de dados.
O professor de biologia molecular e celular, Jeff Lichtman, liderou a equipe de pesquisadores de Harvard, que se uniu ao Google para combinar imagens de microscopia por varredura de tunelamento com algoritmos de IA.
Essa técnica de microscopia oferece imagens em níveis atômicos. Os pesquisadores utilizaram essa metodologia para gerar imagens do mapa do cérebro e os algoritmos de IA codificaram as imagens por cores para reconstruir as conexões extremamente complexas dos cérebros de mamíferos.
Os líderes da pesquisa publicaram um estudo na revista acadêmica Science.
O mapa é um fragmento do cérebro de uma mulher de 45 anos que foi submetida a uma cirurgia para tratar epilepsia. Os médicos removeram essa pequena parte do córtex cerebral. Assim, os pesquisadores dividiram a amostra em mais de cinco mil partes, cada uma com 30 nanômetros de espessura.
A equipe de Harvard analisou cada parte com um microscópio que utiliza múltiplas cargas de elétrons para iluminar as células na amostra. Em seguida, eles enviaram os dados ao Google para iniciar a análise com IA.
Os pesquisadores do Google utilizaram modelos de machine learning para identificar os mesmos objetos em diferentes imagens microscópicas de Harvard, a fim de desenvolver o mapa. Desta forma, criaram uma representação em 3D de cada objeto encontrado nas imagens.
Dessa maneira, conseguiram combinar as representações para reconstruir toda a amostra do cérebro em três dimensões.
O resultado é um mapa incrivelmente detalhado, revelando detalhes nunca antes vistos. Além de várias estruturas cerebrais, o mapa mostra um raro conjunto de axônios com até 50 sinapses e espirais de axônios incomuns.
Os axônios, partes dos neurônios, transmitem impulsos elétricos para longe do corpo celular. Eles permitem a comunicação entre neurônios e o controle de funções corporais.
Os pesquisadores não têm certeza se esses axônios são patológicos ou raros, pois a amostra é de uma pessoa com epilepsia. No entanto, acredita-se que o mapa do cérebro forneça informações valiosas sobre a estrutura cerebral e os possíveis mecanismos de doenças neurológicas.
A parceria entre Google e Harvard tem como principal objetivo criar um mapa de alta resolução com todas as conexões neurais do cérebro de um rato, o que exigiria cerca de mil vezes mais dados do que o mapa 3D gerado a partir de um fragmento do cérebro humano.
O professor Lichtman enfatiza a ironia da imensidão de dados contida em um “fragmento” do cérebro humano. Segundo ele, um terabyte pode parecer enorme para muitas pessoas, no entanto, ele ressalta que um pequeno fragmento do cérebro corresponde a milhares de terabytes.
Viren Jain, que liderou o projeto no Google, afirma que a “quantidade e complexidade” dos dados exigiram o desenvolvimento de algoritmos de IA e machine learning de última geração para criar o mapa 3D.
