Cientistas mapeiam o cérebro de um verme nematóide

Em uma reviravolta surpreendente, eles encontraram um grande grau de variação na estrutura de alguns circuitos ou vias neurais em vermes individuais que complementavam um conjunto central de circuitos neurais comuns a diferentes animais.

Os cientistas dizem que os cérebros de vermes podem ter muito mais em comum com animais maiores do que se pensava anteriormente.

Criado por neurocientistas da Universidade de Leeds em colaboração com pesquisadores da Escola de Medicina Albert Einstein de Nova York, o mapa do cérebro revela que diferentes regiões espaciais suportam diferentes circuitos especializados para rotear informações no cérebro, onde a informação é integrada antes de agir.

O estudo foi publicado hoje (24 de fevereiro) na revista científica Natureza.

C. elegans Eles são nematóides que se alimentam de bactérias encontradas na vegetação em decomposição em seu jardim. Eles têm apenas cerca de um milímetro de comprimento e são finos como um cabelo humano.

Um verme adulto tem exatamente 302 células em seu sistema nervoso; em comparação, o cérebro humano tem cerca de 100 bilhões de células. Mas quase dois terços das células nervosas do verme formam um anel na região da cabeça, onde fazem milhares de conexões entre si.

Esse “cérebro” é o centro de controle do animal, onde ocorre grande parte da detecção e da tomada de decisões.

Embora o cérebro seja muito compacto, o animal exibe uma variedade de comportamentos complexos, e os neurocientistas estão interessados ​​em entender seu cérebro há décadas. Estudos anteriores criaram ‘diagramas de fiação’ para as conexões entre as células nervosas.

No entanto, este último estudo é o primeiro a fornecer as coordenadas espaciais completas para esses diagramas de circuitos.

O professor Netta Cohen, neurocientista computacional da Universidade de Leeds, que supervisionou a pesquisa, disse: “O cérebro precisa organizar o fluxo de informações para controlar o comportamento do animal. Mas como a estrutura e a função do cérebro estão relacionadas é uma pergunta. Fornecer a representação espacial dos circuitos permitiu-nos descobrir a estrutura modular do cérebro deste animal. “

Criando o mapa do cérebro

Os pesquisadores usaram uma coleção herdada de imagens de microscópio eletrônico do cérebro de um verme nematóide adulto e juvenil. Essas imagens revelaram células cerebrais ou neurônios individuais, permitindo aos pesquisadores mapear a organização dos circuitos neurais dos vermes, desde o nível de células individuais até a arquitetura em larga escala de todo o cérebro.

Estrutura-função do cérebro

Os cientistas identificaram circuitos e caminhos neurais conhecidos dentro do cérebro, como um circuito de navegação neural que um animal usaria para seguir cheiros e gostos em busca de comida. Acredita-se que outro circuito facilite a sensação mecânica, de forma que ele sentiria seu caminho ao se torcer no solo ou detectaria se está cercado por bactérias.

Sua teoria é que as informações são processadas no cérebro do verme por meio de uma série de “camadas”. Na verdade, uma arquitetura em camadas semelhante é encontrada no cérebro humano. O fluxo de informações começa nas células sensoriais, que respondem ao ambiente. Por exemplo, as células podem detectar bactérias, mas são as bactérias certas para se alimentar? Eles cheiram como as bactérias “certas”? A resposta requer que as informações sejam integradas de vários sentidos antes de serem enviadas para a área de comando do cérebro para ação.

O professor Cohen disse: “O mapa do cérebro revela uma estrutura muito elegante para suportar o fluxo de informações através do cérebro de um verme e é mais sofisticado do que a visão tradicional de que animais simples seguem um caminho de estímulo-resposta.

“O mapa sugere uma convergência de diferentes circuitos neurais, e isso permite que o worm integre todos os diferentes sinais que recebe por meio de suas células sensoriais e coordene a resposta.”

Variação na estrutura do cérebro

Durante o estudo, os pesquisadores ficaram surpresos ao descobrir o grau de variação individual no cérebro dos vermes.

C elegans é um dos animais mais estudados em biologia. Durante a vida do verme, a maneira como suas células se dividem e crescem segue um esquema estrito que é observado em toda a espécie. Mas quando se tratava de células cerebrais, parecia haver um alto grau de variação na maneira como as células cerebrais faziam contato com células vizinhas para criar circuitos neurais.

Usando modelagem matemática e computacional, os cientistas foram capazes de discernir entre as conexões que provavelmente formarão o circuito “central” em uma grande população de animais e aquelas que parecem ser variáveis ​​entre os indivíduos.

O Dr. Christopher Brittin, ex-aluno de PhD da Universidade de Leeds e primeiro autor do artigo, disse: “Este trabalho levanta questões interessantes sobre como até mesmo sistemas nervosos aparentemente simples são capazes de acomodar circuitos cerebrais centrais e individualizados”.

Os cientistas descobriram que apenas cerca de metade da fiação no cérebro do verme é semelhante; a outra metade apresentou variações.

O professor Cohen acrescentou: “Essa descoberta foi realmente empolgante para nós. Em primeiro lugar, sugere que os cérebros dos vermes têm muito mais em comum com os cérebros dos animais superiores do que sabíamos ou esperávamos, e as lições aprendidas sobre os vermes podem nos ajudar. Aprender mais sobre os cérebros geralmente. “

A conectividade variável pode oferecer suporte à individualidade, redundância e adaptabilidade dos cérebros quando os animais se deparam com ambientes desafiadores, perigosos e em constante mudança.