Novo mapa do cérebro da mosca-da-fruta revela um conectoma completo

Moscas-da-fruta corrigem um escorregão em questão de milissegundos. Esse reflexo é mais rápido do que qualquer sinal conseguiria ir até o cérebro e voltar. A hipótese era que circuitos locais dessem conta disso - mas faltava um mapa completo do cérebro da mosca-da-fruta para comprovar.

Agora esse mapa existe. Pela primeira vez, o cérebro de uma mosca e o cordão nervoso do corpo foram traçados como um único sistema conectado. E a forma como esse sistema organiza os movimentos é muito mais em camadas do que se imaginava.

Um mapa do cérebro da mosca-da-fruta

Os investigadores elaboraram um conectoma: um mapa de todos os neurónios e das ligações entre eles. Ele une o cérebro ao cordão nervoso que percorre o corpo - duas regiões que mapas anteriores tinham descrito separadamente.

O trabalho coroa anos de esforço de uma grande equipa internacional liderada por Wei-Chung Allen Lee, Ph.D., neurocientista da Harvard Medical School (HMS).

Com o mapa completo em mãos, o grupo procurou entender como a fiação neural transforma uma decisão em um movimento coordenado. Para isso, foi preciso seguir os sinais desde o cérebro até chegar, de ponta a ponta, aos músculos.

O tamanho do desafio parece pequeno até se olhar para a contagem de ligações. O sistema nervoso de uma mosca tem algo como 100 milhões de conexões entre células nervosas. Esse emaranhado supera com folga qualquer outro animal mapeado até agora.

Antes disso, os conectomas disponíveis eram de organismos bem mais simples. Um verme redondo, foco de um estudo histórico, tem apenas alguns milhares de conexões. Os outros animais mapeados não vão muito além.

Circuitos locais bem perto

Uma das primeiras lições diz respeito às células que geram movimento. Os neurónios motores - que acionam os músculos - recebem, na maior parte das vezes, orientação de células sensoriais do mesmo segmento do corpo. Raramente as ordens vêm do cérebro.

Pense numa única perna. Os sensores informam posição e carga e devolvem esse sinal quase diretamente aos músculos que a movimentam. Esse ciclo apertado ajusta um passo sem precisar esperar pelo cérebro.

Essa rapidez explica o escorregão do início: uma perna consegue se endireitar antes mesmo de o cérebro “ficar sabendo” da derrapada.

O mesmo padrão se repete em todo o corpo - nas asas, no intestino e até nas glândulas que libertam hormonas.

O cordão nervoso, equivalente à medula espinal do inseto, já tinha sido mapeado isoladamente num artigo anterior. O que não existia era a ligação dele ao cérebro desse jeito.

Sinais que sobem e descem

Os ciclos locais mantêm cada parte do corpo ágil e responsiva. Ainda assim, alguém precisa integrar tudo. Esse tráfego fica a cargo de células de longo alcance, que correm entre corpo e cérebro nos dois sentidos.

As células que sobem levam notícias sensoriais ao cérebro. Já os neurónios descendentes transportam sinais na direção oposta. O mapa agrupa esses neurónios em conjuntos associados a comportamentos como caminhar ou fazer limpeza.

O cérebro, por si só, já tinha sido descrito num mapa abrangente de uma mosca adulta. Ao juntar essa estrutura à fiação do corpo, a equipa conseguiu seguir um trajeto desde centros de comando do cérebro até aos músculos.

Movendo o corpo inteiro

Foi aqui que o mapa revelou algo que ninguém tinha desenhado antes. A ligação não funciona como “uma célula para uma parte do corpo”.

Em vez disso, neurónios descendentes individuais alcançam várias partes ao mesmo tempo - incluindo pernas, asas e qualquer outra região necessária para um comportamento.

A surpresa maior é que o alcance vai além do músculo. Essas mesmas células tocam os músculos envolvidos num movimento, mas também chegam às glândulas e a órgãos do intestino que mantêm o corpo abastecido e estável.

Em termos de fiação, manutenção do organismo e movimento parecem ser organizados em conjunto, e não divididos entre sistemas separados.

A equipa descreve um arranjo distribuído ao longo do corpo e ajustado ao animal que ele controla, em vez de algo comandado a partir de um único centro.

O cérebro supervisiona

Acima de tudo isso, o cérebro não controla cada contração como um microgestor. Ele atua mais como um supervisor do que como um capataz: fornece objetivos aos neurónios de longo alcance em vez de determinar cada movimento.

Ao seguir as ligações, chega-se a áreas relacionadas com memória e navegação. Elas alimentam os conjuntos de comportamento, e não vão diretamente aos músculos.

Uma decisão de ir em direção a alimento define um objetivo. Os circuitos locais ficam encarregados de executar.

O que resulta é um sistema em camadas, de cima a baixo: objetivos amplos no topo; reflexos rápidos que corrigem um único passo bem mais em baixo, perto dos músculos.

O que o mapa permite

Até agora, ninguém conseguia ver como cérebro e corpo de uma mosca se encaixavam como um único sistema ligado por neurónios. A resposta se parece menos com uma cadeia de comando e mais com uma rede que divide o trabalho.

Esse desenho interessa a engenheiros tanto quanto a biólogos. Robôs já usam controlo distribuído, em que partes locais corrigem os próprios erros. Uma versão viva, mapeada fio a fio, dá aos projetistas um modelo.

Para a biologia, a mosca é um modelo testável. Ela mostra como qualquer animal - incluindo nós - pode repartir o controlo entre cérebro e corpo.

Os mesmos princípios podem orientar estudos sobre a medula espinal humana, onde movimento e reflexo também dividem a carga.

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