Viagem ao interior do cérebro: IA mostra detalhes inéditos do órgão

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A inteligência artificial (IA) ajuda pesquisadores a ordenar e navegar por grandes quantidades de dados. Exemplo disso é uma equipe com pesquisadores do Google e neurocientistas da Universidade Harvard, que construiu uma “vista sem precedentes” do cérebro humano por meio da tecnologia, segundo a big tech.

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Conforme apontado num artigo no blog do Google, o esforço poderia ajudar pesquisadores a entender distúrbios neurológicos e responder perguntas fundamentais sobre como o cérebro funciona. O texto é assinado por Daniel Berger, cientista de Harvard, e Michał Januszewski, cientista do Google Research.

Leia mais:

Pesquisadores reconstroem células e conexões cerebrais com IA

Ilustração de supercomputador e cérebro artificial — (Imagem: Pedro Spadoni via DALL-E/Olhar Digital)

Combinando imagens cerebrais com processamento e análise de imagem baseados em IA, os pesquisadores reconstruíram quase todas as células e todas as suas conexões dentro de um pequeno volume de tecido cerebral humano, aproximadamente metade do tamanho de um grão de arroz.

Embora seja uma pequena região do cérebro, este mapeamento 3D – disponibilizado gratuitamente para a comunidade científica – ainda requer um monumental 1,4 petabytes (1,4 milhão de gigabytes) para codificar.

Confira abaixo o que os pesquisadores encontraram:

Visão através de seis camadas do cérebro

Ilustração digital de camadas de pedaço do cérebro feita com inteligência artificial — (Imagem: Google)

Os pesquisadores de Harvard começaram coletando milhares de imagens transversais extremamente finas de uma amostra de um cérebro doado.

O pequeno pedaço de cérebro saudável teve que ser removido durante uma cirurgia numa mulher com epilepsia para permitir que os cirurgiões alcançassem a parte que precisavam operar.

A equipe do Google Research desenvolveu ferramentas avançadas de IA para construir um modelo 3D interativo do tecido cerebral.

O modelo destaca como o cérebro humano é complexo: descrever essa amostra (um milionésimo do órgão, com três milímetros de comprimento) requer mais de um milhão de Gigabytes de dados: 1,4 Petabytes. Este é o maior conjunto de dados já feito da estrutura cerebral humana nesta resolução.

A amostra veio de uma parte do córtex (matéria cinzenta) chamada lobo temporal anterior. O córtex possui seis camadas, e ao colorir os neurônios de acordo com seu tamanho e tipo, as camadas são visíveis nesta visão ampliada de todos os neurônios. A superfície do cérebro está na borda superior da imagem.

Um mapa denso e intrincado

A amostra de tecido de um milímetro cúbico continha cerca de 50 mil células e cerca de 150 milhões de sinapses – os pontos de conexão onde sinais passam de um neurônio para outro.

Alguns pares de neurônios estavam conectados entre si de maneira muito intrincada – por meio de até 50 sinapses. Os pesquisadores não sabem por que eles fazem isso.

A imagem mostra um close-up de um tipo de neurônio, o excitatório, colorido por tamanho (vermelho é o maior, azul o menor). As células têm cerca de 15-30 micrômetros de diâmetro em seu núcleo.

Uma dança espelhada

Uma descoberta na reconstrução foi a existência de aglomerados de células que tendem a ocorrer em orientação de imagem espelhada uma em relação à outra. Esta imagem mostra um par particularmente simétrico.

Nadando em sinapses

Os neurônios no cérebro são conectados de maneira intensa. Este único neurônio (branco) tem mais de cinco mil axônios (azul) chegando de outros neurônios para trazer sinais. As sinapses são mostradas em verde.

Redemoinhos de axônios

Outra descoberta desta pesquisa foi a ocorrência de “redemoinhos de axônios”. Axônios (azul) são a parte filamentosa de uma célula nervosa que transporta um sinal para longe da célula.

Esses montes de axônios em laços eram raros na amostra. E em alguns casos eles se situavam na superfície de outra célula (amarelo). Sua função é desconhecida.

Rede séria

Um único neurônio (branco) recebe sinais que determinam se o neurônio dispara ou não. Esta imagem mostra todos os axônios que podem dizer para ele disparar (verde) e todos aqueles que podem dizer para não disparar (azul). Multiplique isso pelo cérebro inteiro e isso é muita conversa.

Pesquisa abre caminho para mais observações e descobertas

Ainda há muito mais para observar e entender a partir da reconstrução deste pedaço do cérebro humano. E a equipe espera que outros pesquisadores usem os dados para fazer descobertas adicionais.

Os cientistas acreditam que, continuando a pesquisa sobre as conexões cerebrais, eles poderão um dia entender, por exemplo, como nossas memórias se formam e o que leva a distúrbios e doenças neurológicas como autismo e Alzheimer.