Como o cérebro de uma mosca pode ajudar a explicar o comportamento humano

Pequenas diferenças na estrutura do cérebro de moscas podem produzir mudanças expressivas de comportamento. Pesquisadores mapearam todas as 124 milhões de conexões neurais de uma mosca-da-fruta macho e compararam o resultado com o cérebro de uma fêmea.

O trabalho foi conduzido por cientistas da Universidade de Cambridge, do Laboratório de Biologia Molecular do Conselho de Pesquisa Médica e de outras instituições. Os resultados foram publicados na última quinta-feira, 3, na revista científica Cell.

A comparação mostrou que cerca de 95% das células nervosas são compartilhadas entre machos e fêmeas. Os 5% restantes, porém, incluem circuitos associados a comportamentos como agressividade, cortejo e produção de sons.

Mapa reconstruiu cérebro de mosca em 3D

O cérebro da mosca-da-fruta tem aproximadamente o tamanho da cabeça de um alfinete, mas reúne uma rede extremamente complexa de neurônios e conexões. Para construir o mapa, os cientistas dividiram o cérebro do macho em 66 partes e registraram imagens sucessivas de cada uma delas.

Depois, reconstruíram digitalmente cada célula nervosa, seus prolongamentos e as conexões formadas entre elas. O resultado foi um mapa tridimensional do cérebro e do cordão nervoso, que pôde ser comparado com o conectoma de uma mosca fêmea concluído dois anos antes.

Diferenças aparecem em circuitos de cortejo

Uma das mudanças encontradas está nos circuitos usados pelos machos durante o cortejo. Ao se aproximar de uma fêmea, o macho acompanha seus movimentos. Os pesquisadores identificaram estruturas adicionais em regiões relacionadas ao rastreamento visual, que podem melhorar essa capacidade.

Outra diferença aparece nos circuitos ligados à agressividade. Como os machos lutam com maior frequência, eles apresentam um número maior de conexões neurais associadas a esse comportamento em comparação com as fêmeas.

Os pesquisadores também identificaram um circuito neuronal exclusivo responsável pela produção do som usado no acasalamento. Durante o cortejo, o macho vibra as asas e produz uma sequência sonora específica. Esse comportamento influencia a resposta da fêmea.

Se o circuito não funcionar adequadamente, o padrão de som pode ser alterado e reduzir as chances de aproximação. As diferenças observadas nesses três comportamentos estão relacionadas a dois genes conhecidos pelos pesquisadores.

Até agora, porém, os cientistas sabiam que esses genes influenciavam o comportamento sem conseguir observar com detalhes as mudanças intermediárias no cérebro.

Estudo mostra caminho entre genes e comportamento

O novo mapeamento permitiu visualizar como diferenças genéticas podem modificar a estrutura cerebral e, consequentemente, alterar comportamentos. Segundo os pesquisadores, comparar dois cérebros muito semelhantes é especialmente útil porque reduz o número de variáveis envolvidas.

Nesse caso, pequenas diferenças entre machos e fêmeas puderam ser relacionadas a comportamentos já conhecidos. A equipe ressalta que os resultados não explicam diferenças de comportamento entre homens e mulheres.

O cérebro humano e o comportamento humano são muito mais complexos do que os observados em moscas-da-fruta.

Moscas podem trazer pistas sobre autismo e esquizofrenia

Apesar dessa limitação, o trabalho pode ajudar a estudar de maneira mais geral como genes influenciam a organização do cérebro.

Os pesquisadores destacam que diversas variantes genéticas estão associadas a condições como esquizofrenia e transtornos do espectro autista, mas ainda não se sabe exatamente como muitas delas alteram os circuitos cerebrais. O cérebro da mosca oferece um modelo mais simples para investigar essa relação entre genes, conexões neurais e comportamento.

Apesar disso, a pesquisa não indica que os mecanismos encontrados nas moscas sejam iguais aos humanos. A proposta é usar princípios básicos observados em sistemas menores para orientar investigações mais complexas.

Mapa também pode inspirar novos sistemas de IA

Os pesquisadores apontam ainda possíveis aplicações em inteligência artificial e sistemas computacionais. Uma das ideias é usar diagramas reais de circuitos biológicos como inspiração para desenvolver redes artificiais mais eficientes.

Segundo Gregory Jefferis, que co-liderou o estudo, alcançar sistemas de IA tão eficientes quanto o cérebro pode exigir maior inspiração em estruturas biológicas. Alguns grupos já experimentam incorporar elementos do cérebro de moscas em redes artificiais para investigar se esses circuitos podem ajudar no aprendizado e no controle de sistemas computacionais.