Com a ajuda de jogadores de videogame, os pesquisadores de Princeton criaram e compartilharam mapas detalhados de mais de 1.000 neurônios – e eles estão apenas começando.
“Trabalhando com Eyewirers ao redor do mundo, fizemos um museu digital que mostra a intrincada beleza dos circuitos neurais da retina”, disse Sebastian Seung , o professor Evnin de Neurociência e professor de ciência da computação e do Princeton Neuroscience Institute (PNI). ). O artigo relacionado aparece hoje na revista Cell.
Seung está revelando o Eyewire Museum , um arquivo interativo de neurônios disponíveis para o público em geral e neurocientistas em todo o mundo, incluindo centenas de pesquisadores envolvidos na Iniciativa federal de Pesquisa do Cérebro através do Avanço das Neurotecnologias Inovadoras (BRAIN).
“Esse visualizador interativo é um grande trunfo para essas colaborações maiores, especialmente entre pessoas que não estão fisicamente no mesmo laboratório”, disse Amy Robinson Sterling, especialista em crowdsourcing da PNI e diretora executiva da Eyewire, plataforma de jogos online para o cidadão. cientistas que criaram este conjunto de dados.
“Este museu é algo como um atlas cerebral”, disse Alexander Bae , um estudante de pós-graduação em engenharia elétricae um dos quatro co-primeiros autores do artigo. “Os atlas cerebrais anteriores não tinham uma função onde você pudesse visualizar por células individuais, ou um subconjunto de células, e interagir com elas. Outra novidade: não só temos a morfologia de cada célula, mas também temos os dados funcionais ”.
Os jogadores de Eyewire mapearam essa sinapse entre um neurônio gânglio (azul) e uma célula amacrina de explosão (amarela).Imagem por Alex Norton, Eyewire
Os mapas neurais foram desenvolvidos por Eyewirers, membros de uma comunidade online de jogadores de videogames que dedicaram centenas de milhares de horas para reconstruir meticulosamente essas células neurais, usando dados de uma retina de ratos reunida em 2009.
O Eyewire emparelha o aprendizado de máquina com gamers que traçam os caminhos de torção e ramificação de cada neurônio. Os humanos são melhores em identificar visualmente os padrões de neurônios, de modo que os movimentos de cada jogador são registrados e verificados uns contra os outros por jogadores avançados e funcionários da Eyewire, bem como por software que está aprimorando suas próprias habilidades de reconhecimento de padrões.
Desde o lançamento da Eyewire em 2012, mais de 265.000 pessoas assinaram o jogo, e elas coletivamente coloriram em mais de 10 milhões de “cubos” 3-D, resultando no mapeamento de mais de 3.000 células neurais, das quais cerca de mil são exibidos no museu.
Cada cubo é um pequeno subconjunto de uma única célula, com cerca de 4,5 mícrons de largura, de modo que um bloco de 10 x 10 de cubos seria a largura de um fio de cabelo humano. Cada célula é revisada por entre 5 e 25 jogadores antes de ser aceita no sistema como concluída.
“Nos primeiros anos, levou semanas para terminar uma única célula”, disse Sterling. “Agora os jogadores completam múltiplos neurônios por dia.” A experiência do usuário Eyewire permanece focada na missão maior – “For science!” É um refrão comum – mas também replica um ambiente de jogo típico, com emblemas de conquistas, um recurso de bate-papo para se conectar outros jogadores e suporte técnico, e a capacidade de desbloquear privilégios com maior habilidade. “Nossos melhores jogadores estão online o tempo todo – facilmente 30 horas por semana”, disse Sterling
Pela ciência!
Com 100 bilhões de neurônios conectados através de trilhões de conexões, o cérebro é incomensuravelmente complexo, e os neurocientistas ainda estão montando sua “lista de peças”, disse Nicholas Turner, um estudante de ciência da computação e outro co-primeiro autor. “Se você sabe quais partes compõem a máquina que você está tentando quebrar, você está pronto para descobrir como tudo funciona”, disse ele.
Os pesquisadores começaram atacando as células ganglionares mapeadas no Eyewire da retina de um rato. “A retina não apenas sente a luz”, disse Seung. “Circuitos neurais na retina realizam os primeiros passos da percepção visual.”
A retina cresce a partir do mesmo tecido embrionário que o cérebro e, embora seja muito mais simples que o cérebro, ainda é surpreendentemente complexa, disse Turner. “Martelar esses detalhes é um esforço realmente valioso”, disse ele, “mostrando a profundidade e a complexidade que existem em circuitos que, ingenuamente, acreditamos serem simples”.
A questão fundamental dos pesquisadores é identificar exatamente como a retina funciona, disse Bae. “No nosso caso, nos concentramos na morfologia estrutural das células ganglionares da retina.”
“Por que as células ganglionares do olho?”, Perguntou Shang Mu, pesquisador associado da PNI e primeiro autor. “Porque são a conexão entre a retina e o cérebro. Eles são a única classe de células que voltam ao cérebro ”. Diferentes tipos de células ganglionares são conhecidas por computar diferentes tipos de características visuais, que é uma razão pela qual o museu vinculou a forma a dados funcionais.
sando mapas produzidos por Eyewire de 396 células ganglionares, os pesquisadores do laboratório de Seung classificaram com sucesso essas células mais profundamente do que nunca.
“O número de diferentes tipos de células foi uma surpresa”, disse Mu. “Há poucos anos, as pessoas pensavam que havia apenas 15 a 20 tipos de células ganglionares, mas encontramos mais de 35 – estimamos entre 35 e 50 tipos.”
Desses, seis parecem ser novos, em que os pesquisadores não encontraram descrições correspondentes em uma pesquisa bibliográfica.
“Isso representa uma contribuição significativa”, disse Marla Feller, professora e chefe da Divisão de Neurobiologia do Departamento de Biologia Celular e Molecular da Universidade da Califórnia-Berkeley e do Instituto de Neurociência Helen Wills, que não participou da pesquisa. “Estabelecer uma relação entre a estrutura e a função de um neurônio é um objetivo primário dos neurobiólogos. No entanto, as estruturas são muito pequenas e densas para poderem compreender o olho humano ou até mesmo com um microscópio óptico. Ao reconstruir completamente os neurônios vizinhos do mesmo tipo dentro de uma parte da retina, podemos agora examinar suas relações espaciais ”.
Um breve pergaminho pelo museu digital revela o quanto os neurônios são notavelmente planos – quase toda a ramificação ocorre ao longo de um plano bidimensional. A equipe de Seung descobriu que diferentes células crescem ao longo de diferentes planos, com algumas chegando bem acima do núcleo antes de se ramificarem, enquanto outras se espalham perto do núcleo. Seus diagramas resultantes se assemelham a uma floresta tropical, com cobertura do solo, um sub-bosque, um dossel e uma camada emergente que cobre o restante.
Todas estas são subdivisões da camada plexiforme interna, uma das cinco camadas anteriormente reconhecidas da retina. Os pesquisadores também identificaram um “princípio de conservação da densidade” que eles usaram para distinguir os tipos de neurônios.
Uma das maiores surpresas do projeto de pesquisa foi a extraordinária riqueza da amostra original, disse Seung. “Há um pouco de retina de rato, e quase 10 anos depois, ainda estamos aprendendo coisas com isso.”
Fonte: Pricenton. Edu
