Google ajuda cientistas de Harvard a mapear o cérebro humano

O resultado é o mapa digital mais detalhado, ou “rede neural”, do cérebro humano já criado.

Na quinta-feira, Lichtman e seus parceiros revelaram resultados Por seus esforços na prestigiada revista Science, e também publicados em Renderizações da Internet Do cérebro humano como nunca antes. Ele veio completo com um software que permitiu aos espectadores se moverem por uma paisagem espacial microscópica tão detalhada que Lichtman não pôde deixar de ser poético ao falar sobre isso.

“É um mundo estranho dentro da sua cabeça”, disse ele. “Os próprios neurônios são realmente incrivelmente bonitos.

É verdade que os insights derivados da pequena amostra ainda não revelaram os segredos do autismo, da esquizofrenia ou da depressão. Eles ainda não conseguem explicar os mecanismos de aprendizagem, memória e personalidade humanas no nível celular. Mas representa um primeiro passo importante nesta direcção e proporciona um vislumbre tentador do tipo de visões que poderemos ter nas próximas décadas.

Nesta paisagem complexa existem estruturas estranhas, nunca antes vistas e sem livros didáticos, incluindo, nas palavras de Lichtman, “fantasticamente estranhas”. Neurônios que apontam em apenas uma direção, diretamente opostos um ao outro. Axônios, os cabos de fibra óptica de longo alcance do cérebro, mudam de linhas retas para linhas estranhas “Redemoinhos” Que parecem turbantes – depois se desfazem e voltam às linhas retas. O propósito de Muitas dessas estranhas anomalias continuam sendo objeto de estudos futuros.

Alguns já estão a gerar potenciais teorias de mudança de paradigma que podem revelar novos conhecimentos fundamentais sobre como o cérebro funciona. O destaque, disse Lichtman, é a descoberta do que parece ser um tipo novo e extremamente raro de “superconexão” que conecta os indivíduos. Neurônios para fibras axonais que transportam informações e que se cruzam com o cérebro. Cada superconexão tem uma combinação de cerca de 50 saliências onde normalmente há apenas uma. Lichtman levanta a hipótese de que essas estruturas podem ajudar a explicar como os hábitos aprendidos, como parar no sinal vermelho sem pensar, estão gravados na estrutura física do cérebro.

“Provavelmente 99% das conexões entre axônios e células cerebrais individuais são conexões muito fracas”, diz Lichtman. Mas “essas ligações fortes são tão fortes que a informação pode fluir de forma muito eficiente. Esta pode ser uma forma de explicar o facto de que depois de aprender algo, temos a capacidade automática de o fazer”.

O novo estudo faz parte de uma série muito maior de projetos financiados pela Iniciativa BRAIN, um enorme esforço científico lançado pela administração Obama em 2013 para descobrir conhecimentos fundamentais sobre o cérebro humano.

“É algo muito importante”, disse Ed Lin, neurocientista do Instituto Allen de Ciência do Cérebro, em Seattle, que não esteve envolvido no estudo. O mapeamento é um “humano em primeiro lugar”.

Len, que ajuda a dirigir Outro componente da iniciativa BRAIN, Ele disse que o trabalho de Lichtman poderia ajudar a mudar a nossa compreensão do cérebro humano e melhorar drasticamente a nossa capacidade de tratar doenças.

“Temos uma compreensão muito pobre desses circuitos”, disse ele. “Imagine que seu celular quebrou e você não sabe nada sobre os componentes do celular ou como eles estão conectados, e você está tentando consertar isso se não entendermos como as coisas estão conectadas. , nossas chances de consertá-lo são mínimas.

O projeto de Lichtman foi originalmente financiado por parte de uma doação de US$ 7 milhões por cinco anos do National Institutes of Health, e recentemente recebeu US$ 30 milhões adicionais. Mais de cinco anos de programa relevante do NIH. O objetivo da agência federal é melhorar a nossa compreensão das doenças que afetam a cognição e a emoção.

O dinheiro também está financiando outro Projetos relacionadosé complementado pelos esforços colaborativos pro bono do Google, que forneceu o poder computacional e a mão de obra de engenharia necessários para executar o projeto.

Depois que a amostra do cérebro humano foi colorida, cortada e fotografada Em Lichtman laboratórioOs engenheiros do Google aplicaram aprendizado de máquina para conectar esses chips novamente e aplicaram cores para tornar os fios visíveis a olho nu.

O escopo do desafio de recriar aquela amostra de 1 milímetro cúbico Do cérebro humano Em formato digital, era tão grande que o esforço para continuar a imaginar um cérebro humano inteiro teria de esperar. Imagem precisa de Todo o cérebro humano está em Esta escala, diz Lichtman, seria aproximadamente igual à quantidade de dados produzidos no mundo inteiro num ano.

É por isso que o próximo esforço será mais modesto: nos próximos cinco anos, Lichtman e os seus colaboradores pretendem fotografar a primeira secção de 10 milímetros cúbicos. de nós Cérebro de rato. O projeto é uma prova de conceito com o objetivo final: um cérebro de rato completo, 50 vezes maior.

“O cérebro humano será outro fator mil vezes maior que o cérebro do rato”, diz Lichtman. “Não temos a capacidade de armazenar essas informações.”

Os ganhos de todos estes esforços poderão, em última análise, ser enormes. O Google e outros esperam usar os resultados para melhorar sua capacidade de inventar algoritmos de inteligência artificial modelados a partir do cérebro humano.

Por sua vez, Lichtman espera responder a questões fundamentais sobre a mente humana: como podem as representações do mundo ficar impressas nas nossas cabeças? Quais são os fundamentos materiais do conhecimento?

O projeto já o levou a um território intelectual onde ele nunca esperava entrar. Ele descreve a experiência de sentar-se em seu escritório com uma nova ferramenta de “neuroglass” que lhe permitiu manobrar pela paisagem visual de uma rede neural como “maravilhosa”, “mágica” e “como uma fantasia”. Ele queria clicar em cada célula individualmente.

Invocando os nomes de Magalhães, Américo Vespúcio e outros exploradores famosos, Lichtman elogiou a emoção da descoberta.

“Isso é muito semelhante ao uso do Telescópio Hubble ou do Telescópio James Webb”, diz Lichtman. “Mas não é um telescópio, é um microscópio que nos permite olhar para dentro. Certamente existem todos os tipos de coisas que nunca vimos antes. Estamos explorando terra incógnita.”

Adam Piore pode ser contatado em adam.piore@globe.com.