Cientistas leem o cérebro de um verme

Os neurônios da cobaia funcionam de maneira diferente ao saborear o sal - cada círculo representa um neurônio e as conexões entre os círculos são sinapses.
[Imagem: Salk Institute]

Lendo o cérebro

Cientistas conseguiram pela primeira vez observar a atividade cerebral de um minúsculo animal de laboratório e dizer que substância química o animal cheirou alguns segundos antes.

Parece apenas um truque curioso, mas estes resultados são bem mais do que apenas uma curiosidade: Eles nos ajudam a compreender melhor como o cérebro funciona e como ele integra as informações.

Os pesquisadores não podem rastrear simultaneamente a atividade de cada um dos 86 bilhões de células cerebrais em um ser humano vivo - mas podem fazer isso no verme microscópico Caenorhabditis elegans, que tem apenas 302 neurônios.

A equipe estava interessada em como, no nível celular, o cérebro processa as informações do mundo externo.

"Nós descobrimos algumas coisas inesperadas quando começamos a observar o efeito desses estímulos sensoriais em células individuais e conexões dentro do cérebro dos vermes," disse o professor Sreekanth Chalasani, do Instituto Salk (EUA).

O objetivo final dos pesquisadores, é claro, não é ler as mentes de vermes microscópicos, mas obter uma compreensão mais profunda de como os humanos codificam informações no cérebro e o que acontece quando isso dá errado, em distúrbios de processamento sensorial e condições relacionadas, como ansiedade, transtornos de défice de atenção e hiperatividade (TDAH), transtornos do espectro do autismo e outros.

Reação ao sal no cérebro

A equipe começou a estudar como os neurônios do C. elegans reagem ao cheirar cada um de cinco produtos químicos diferentes - estudos anteriores já haviam mostrado que o C. elegans pode diferenciar esses produtos químicos, que, para os humanos, têm cheiros que se assemelham a amêndoa, pipoca com manteiga, banana, queijo, e sal.

Os pesquisadores manipularam geneticamente o verme para que cada um dos seus 302 neurônios contivesse um sensor fluorescente que acendesse quando o neurônio estivesse ativo. Em seguida, eles observaram sob o microscópio enquanto expunham 48 vermes diferentes a repetidos jatos dos cinco produtos químicos. Em média, 50 a 60 neurônios eram ativados em resposta a cada substância química.

Observando as propriedades básicas dos conjuntos de dados - como quantas células estavam ativas em cada momento no tempo - Chalasani e seus colegas não conseguiram diferenciar imediatamente entre os diferentes produtos químicos. Então, eles se voltaram para uma abordagem matemática, chamada teoria dos gráficos, que analisa as interações coletivas entre pares de células: Quando uma célula é ativada, como a atividade de outras células muda em resposta?

Esta abordagem revelou que, sempre que o C. elegans era exposto a cloreto de sódio (sal de cozinha), havia primeiro uma explosão de atividade em um conjunto de neurônios - provavelmente os neurônios sensoriais - mas, cerca de 30 segundos depois, tripletos de outros neurônios começavam a coordenar fortemente suas atividades.

Esses mesmos trigêmeos distintos não foram vistos após os outros estímulos, permitindo aos pesquisadores identificar com precisão - com base apenas nos padrões do cérebro - quando um verme havia sido exposto ao sal.

"O C. elegans parece atribuir um alto valor à detecção de sal, usando uma configuração de circuito completamente diferente no cérebro para responder [à substância]," disse Chalasani. "Isso pode ser porque o sal geralmente representa bactérias, que são o alimento para o verme."