Projeto Blue Brain: um mapa cerebral digital

junho 19, 2019
O ambicioso projeto suíço conhecido como Blue Brain busca, partindo do cérebro de roedores e terminando no ser humano, desenvolver um modelo digital o mais detalhado possível da arquitetura e funções do cérebro.

Assim como os astrofísicos olham para fora para desvendar a mecânica dos astros, os neurocientistas olham para dentro para desvendar os mistérios do cérebro humano. Essa caminhada tão ambiciosa, esse desejo da ciência que nasceu há muitas décadas, agora tem o seu maior expoente na forma de um projeto de pesquisa: a iniciativa é chamada de Blue Brain, e nasceu em 2005 pelas mãos do professor suíço Henry Markram.

É próprio do ser humano desenhar mapas para representar as descobertas de uma exploração. Dessa forma, eles podem ser registrados para serem transmitidos e estudados por outros.

Da mesma forma que os mapas do Novo Mundo, feitos de tinta e papel, representavam os caminhos de um novo continente, o projeto Blue Brain busca criar um mapa em formato digital, que modela da maneira mais precisa conhecida até hoje os circuitos neuronais do cérebro humano e como eles são ativados.

Trata-se de um mapa que nos permitirá conhecer todos os cantos deste órgão.

Para chegar a uma representação precisa da arquitetura e da dinâmica funcional do cérebro humano, como ponto de partida foi feita a reconstrução digital do cérebro dos roedores.

O projeto Blue Brain

Foi no mês de maio, há 14 anos, que o Instituto do Cérebro e da Mente da Escola Politécnica Federal de Lausanne propôs reconstruir de maneira biologicamente detalhada a estrutura e a função do cérebro.

A técnica utilizada é a engenharia reversa, e o projeto é baseado em simulações e representações cerebrais.

A escolha do cérebro dos roedores como base representativa do cérebro humano, certamente muito mais complexo, se baseia na similaridade. A tecnologia por trás dessa iniciativa é sustentada pelo supercomputador Blue Gene, que funciona com o programa de informática NEURON.

“Com cada estímulo que desencadeia uma emoção, são geradas novas conexões entre grupos de células em nosso cérebro”.
– Eduard Punset Casals –

Conexões do cérebro humano

A base empírica do projeto e o modelo usado para essa fundamentação é um mapa das conexões entre os neurônios do cérebro conhecido como conectoma.

Portanto, esse modelo envolve uma simulação digital realista dos neurônios cerebrais em termos biológicos. O objetivo é que ele se transforme em uma enciclopédia dos mistérios do cérebro e da mente.

Um projeto de tal magnitude dificilmente poderia ser realizado sem colaborações internacionais; portanto, em paralelo, outros projetos que apoiam e complementam o Blue Brain estão sendo desenvolvidos.

  • O projeto Cajal Blue Brain, coordenado pelo CeSViMa (Centro de Supercomputação e Visualização de Madri).
  • O projeto Joshua Blue da IBM, que visa criar computadores e programas de Inteligência Artificial que simulem a mente humana.
  • O HBP ou Human Brain Project, em que universidades de muitas partes da Europa colaboram com os seus estudos científicos e computacionais para o conhecimento detalhado do cérebro humano.

O que diferencia o Blue Brain de outros projetos similares?

As reconstruções e simulações que a supercomputação permite que o Blue Brain nos apresente assumem uma abordagem radicalmente nova para o entendimento da função cerebral, abordando-a como uma estrutura de vários níveis.

Essa formação em “camadas” acomodaria a diversidade funcional da mente com todas as suas complexidades.

Essa perspectiva torna viável um dos desafios científicos mais difíceis que a ciência atual enfrenta: a compreensão do cérebro como um complexo sistema multiescala, trabalho para o qual esse tipo de neurociência da simulação é fundamental.

O surpreendente detalhe com o qual a modelagem neuronal opera neste projeto envolveria, em última análise, a construção de uma simulação cerebral em nível molecular, que por sua vez abriria as portas para o estudo dos efeitos da expressão genética.

Espera-se que os benefícios clínicos obtidos não tenham precedentes.

Breve história do projeto

  • 2005: o primeiro modelo celular é concluído.
  • 2008: a construção da primeira coluna celular neocortical artificial composta por 10.000 células é finalizada.
  • 2011: constrói-se um modelo que multiplica por 100 o número de colunas do modelo anterior e atinge-se um total de um milhão de células.
  • 2014: o cérebro de um rato é reconstruído artificialmente a nível celular.
  • 2023: a reconstrução completa de um cérebro humano, incluindo um total de 100 trilhões de células, está planejada para esta data.
Projeto Blue Brain

Para que tanto esforço?

Além das vantagens clínicas que um conhecimento tão profundo do cérebro humano traria consigo, há um objetivo final que se sobrepõe ao mais prático e que levanta ainda mais mistérios na imaginação popular.

Desvendar a intricada articulação das partes do cérebro humano permitiria, em princípio, chegar a um entendimento mais profundo da consciência humana. Um objetivo que centenas de cientistas e pensadores se esforçaram para alcançar ao longo da história da humanidade.

Por enquanto, como um prelúdio para as descobertas apaixonantes que estão chegando, no ano passado o projeto Blue Brain publicou o seu primeiro atlas neuronal digital em 3D.

Ele fornece informações sobre os tipos de células do cérebro, a sua quantidade e a posição de um total de 737 regiões cerebrais.

A mudança do clássico manual de capa dura de neuroanatomia – com seus desenhos bidimensionais – para um atlas 3D desse tipo é, no mínimo, um grande passo para a humanidade.

  • Schonberg T, Fox CR, Poldrack RA (2011) Mind the gap: bridging economic and naturalistic risk-taking with cognitive neuroscience. Trends Cogn Sci 15: 11–19.
  • Vorhold V (2008) The neuronal substrate of risky choice: an insight into the contributions of neuroimaging to the understanding of theories on decision making under risk. Ann N Y Acad Sci 1128: 41–52.