Cérebro de mosca – Pesquisadores do Google Research, do HHMI Janelia Research Campus e das universidades Harvard e Princeton alcançaram um feito inédito na área de neurociência ao reconstruir integralmente o cérebro e o sistema nervoso central de uma mosca-da-fruta adulta.

Batizado de MaleCNS v1.0, o conjunto de dados reúne mais de 166 mil neurônios, aproximadamente 125 milhões de conexões sinápticas e cerca de 11.700 tipos de células. O número é expressivo, embora ainda distante da escala do cérebro humano, que conta com cerca de 86 bilhões de neurônios.

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Para produzir o conectoma, representação tridimensional das conexões presentes no cérebro e no sistema nervoso, os cientistas dividiram o inseto em milhares de cortes extremamente finos. Cada uma das seções foi registrada com microscopia eletrônica, resultando em milhões de imagens bidimensionais.

Na etapa seguinte, sistemas de inteligência artificial foram empregados para organizar, alinhar e combinar as imagens, permitindo a construção de um modelo tridimensional com resolução celular. O trabalho não se limitou ao cérebro da mosca: também foi reconstruído o cordão nervoso, estrutura equivalente à medula espinhal. Com isso, os pesquisadores conseguiram acompanhar o caminho das informações desde os estímulos recebidos pelos sentidos até os comandos
enviados aos músculos.

Nada de fruta: videogames e criptomoedas

A divulgação pública da base de dados abriu espaço para uma série de experimentos conduzidos por desenvolvedores e engenheiros. Em poucos dias, o engenheiro Alex Wormuth conectou o modelo neural ao clássico videogame Doom.

Na simulação, cada imagem exibida pelo jogo produz 3.335 sinais relacionados à luminosidade e outros 811 associados às cores. Esses estímulos são enviados aos neurônios sensoriais do cérebro digital e percorrem uma rede com mais de 25 milhões de conexões antes que o sistema determine os comandos necessários para controlar o personagem.

O modelo também incorpora mecanismos que simulam aprendizagem. Dentro do jogo, danos que não provocam a morte do personagem funcionam como sinais de reforço para as células dopaminérgicas PPL101. Outros desenvolvedores também passaram a utilizar o conectoma em experiências envolvendo títulos como Super Mario 64 e Beat Saber.

As aplicações foram além dos videogames. Wormuth desenvolveu ainda o Stonkfly, projeto que utiliza os 166.700 neurônios simulados para interpretar gráficos financeiros e realizar operações com criptomoedas.

Na experiência, resultados positivos na carteira virtual provocam uma descarga de dopamina direcionada a 15 células neurais. Já os resultados negativos estimulam duas células relacionadas à aversão.

Outros usuários do modelo também exploraram possibilidades diferentes. A estrutura neural digital foi empregada em experimentos envolvendo lançamento de tokens em plataformas financeiras, resolução de salas de escape, criação de fontes tipográficas e identificação de mensagens eletrônicas.

No caso da classificação de e-mails, o cérebro virtual alcançou 80% da precisão registrada por uma pequena rede neural artificial convencional. O sistema utiliza padrões presentes nos textos para relacioná-los a respostas previamente definidas.

Apesar da repercussão, o conectoma apresenta limitações relevantes. O mapa estático de conexões não representa um cérebro biológico vivo em funcionamento. Além disso, o sistema nervoso da mosca evoluiu para lidar principalmente com funções essenciais à sobrevivência, o que restringe seu desempenho quando é submetido a tarefas mais abstratas.

Quando o modelo precisa trabalhar com mais de cinco a dez categorias, por exemplo, sua capacidade de processamento cai de maneira acentuada.

Há ainda diferenças de desempenho em relação às redes neurais artificiais convencionais. Executar e treinar o conectoma é mais lento e apresenta menor precisão quando comparado a sistemas desenvolvidos especificamente para uma determinada tarefa.

O projeto também levanta questões éticas e filosóficas que permanecem sem resposta. Uma delas é se a reprodução, em software, das conexões de um cérebro biológico poderia produzir algum tipo de experiência ou sensação subjetiva. Até o momento, a ciência não possui uma resposta definitiva para essa possibilidade.

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(Com informações de O Globo)
(Foto: Reprodução/Magnfic/montypeter)