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Uma mosca virtual controlada por um cérebro simulado chamou atenção nas redes sociais nos últimos dias. No vídeo divulgado pela empresa norte-americana Eon Systems, o inseto caminha por um ambiente virtual, encontra comida e até para para limpar as antenas antes de continuar o trajeto.
Segundo os responsáveis pelo projeto, a ideia é mostrar um cérebro reconstruído a partir de dados biológicos funcionando em um corpo virtual.
A história por trás desse experimento começa com um avanço científico recente. Em outubro de 2024, dois artigos publicados no periódico Nature apresentaram o primeiro mapa completo das conexões do cérebro da mosca-da-fruta (Drosophila melanogaster).
Esse tipo de mapa é chamado de conectoma. Ele funciona como um grande diagrama elétrico do cérebro, mostrando quais neurônios existem e como eles estão ligados entre si.
O projeto recebeu o nome de FlyWire. Os cientistas identificaram cerca de 140 mil neurônios e mais de 54 milhões de conexões entre eles. Também classificaram aproximadamente 8.400 tipos de células nervosas, sendo mais de 4.500 completamente desconhecidas até então.
Para construir esse mapa, os pesquisadores registraram imagens extremamente detalhadas do cérebro de uma mosca usando microscopia eletrônica.
Depois, essas imagens foram reconstruídas digitalmente, revelando todas as conexões entre os neurônios. O resultado foi publicado online em um banco de dados aberto para outros cientistas explorarem. Esse mapa permitiu transformar a estrutura do cérebro em um modelo computacional.
No mesmo período, um grupo liderado pelo cientista Philip Shiu publicou, também na Nature, um modelo matemático do cérebro completo da mosca baseado nesse conectoma. O sistema simula cerca de 140 mil neurônios integrados conforme o mapa FlyWire.
Para isso, os pesquisadores usam um tipo simplificado de neurônio artificial. Nesse modelo, cada neurônio recebe sinais de outros neurônios, acumula essas informações e dispara um sinal quando atinge certo limite. É uma forma de reproduzir, de maneira simplificada, a atividade elétrica das células nervosas.
Esse cérebro digital já conseguia reproduzir alguns padrões de atividade associados a comportamentos do inseto. Mas havia um problema: ele existia sozinho, sem corpo.
Foi aí que entrou a proposta da Eon Systems. A empresa conectou esse modelo neural a um corpo virtual de mosca. A ideia é criar um sistema completo em que percepção, atividade cerebral e movimento formam um ciclo contínuo.
No ambiente digital mostrado no vídeo, a mosca explora o espaço até detectar pistas associadas a alimento. Sensores virtuais representam estímulos do ambiente, como gosto, cheiro ou toque.
Essas informações entram no modelo do cérebro, que calcula a atividade neural e envia comandos para o corpo virtual. O movimento altera o que a mosca “percebe”, e o processo se repete.
Para representar o corpo do inseto, os pesquisadores usaram um modelo biomecânico chamado NeuroMechFly. Ele descreve a mosca como uma estrutura tridimensional baseada em tomografias de um inseto real. O modelo tem 87 articulações e roda em um motor de física que simula forças, gravidade e contato com o chão.
O cérebro não controla cada músculo individualmente. Em vez disso, o sistema usa um pequeno grupo de neurônios ligados a comportamentos específicos. Esses sinais funcionam como comandos gerais, como virar, andar para frente ou iniciar a alimentação. O corpo virtual então transforma essas instruções em movimentos das pernas.
Com essa estrutura, o sistema consegue reproduzir alguns comportamentos básicos da Drosophila. Um deles é a limpeza das antenas. Moscas fazem isso o tempo todo: usam as patas dianteiras para remover poeira ou partículas dessa região. No modelo virtual, uma “poeira digital” ativa sensores nas antenas e desencadeia esse comportamento.
Outro exemplo é a alimentação. Quando sensores de gosto detectam açúcar, circuitos associados à ingestão de alimento são ativados e a mosca estende a probóscide para se alimentar.
O sistema também consegue simular a busca por comida. A mosca explora o ambiente até detectar sinais ligados a alimento e então passa a se mover na direção da fonte.
Apesar da repercussão do vídeo, os próprios pesquisadores destacam que a simulação ainda é bastante simplificada.
O modelo neural não reproduz todos os detalhes biológicos das células nervosas. Muitos processos químicos que ocorrem nos neurônios reais não estão presentes no sistema.
Estados internos que influenciam o comportamento de uma mosca de verdade também ficaram de fora. Fatores como fome, saciedade, aprendizado ou experiência passada podem mudar a forma como o animal reage aos estímulos, mas isso não aparece no modelo atual.
A ligação entre cérebro e corpo também ainda é aproximada. Os pesquisadores precisam definir como a atividade de certos neurônios deve se transformar em movimento no corpo virtual, e essa tradução ainda envolve simplificações.
Outro ponto é que apenas uma pequena parte dos neurônios motores conhecidos da mosca foi incluída na simulação. Estudos mostram que o inseto possui mais de mil neurônios desse tipo envolvidos no controle do comportamento.
Por isso, o repertório de ações do modelo é bem limitado em comparação com o de uma mosca real. A própria empresa descreve o projeto como uma plataforma experimental para estudar como circuitos neurais podem gerar comportamento quando conectados a um corpo.
Mesmo assim, o experimento mostra uma nova forma de investigar o cérebro. Com conectomas cada vez mais detalhados, cientistas começam a testar modelos que integram cérebro, corpo e ambiente em simulações completas.
O cérebro da mosca tem cerca de 140 mil neurônios. Pode parecer pouco, mas já é um sistema complexo. Para comparação, um cérebro de camundongo possui cerca de 70 milhões de neurônios, enquanto o cérebro humano tem aproximadamente 86 bilhões.
Isso mostra o tamanho do desafio para aplicar esse tipo de abordagem a animais maiores. Ainda assim, a mosca virtual oferece um primeiro vislumbre de como mapas detalhados das conexões do cérebro podem ser usados não apenas para estudar sua estrutura, mas também para testar como essas redes produzem comportamento – mesmo que, por enquanto, apenas dentro de um computador.
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[Por: Superinteressante]Source link
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