Este cérebro 3D artificial mostra como nossas rugas e dobras cerebrais tomam forma

Qualquer pessoa familiarizada com a aparência do cérebro humano poderia reconhecer as dobras distintas e enrugadas que cobrem a sua superfície. Os cientistas acreditam que a dobragem do cérebro permite que uma grande parte do córtex caiba em um volume menor – reduzindo o comprimento da fiação e melhorando a função cognitiva – mas como é que o cérebro fisicamente acaba nesta forma complicada?

Pesquisadores da Universidade de Harvard tem chegado mais perto de compreender como funciona este processo, a construção de um modelo de cérebro em camadas impressas em 3D que imita a maneira pela qual os córtex cerebrais reais dobram-se sobre si mesmos.

Modelo em gel de um cérebro fetal depois de ser imerso no solvente líquido. Créditos: Mahadevan Lab/Harvard SEAS.

Essa dobragem do cérebro não aparece em todos os animais e está limitada a um número de espécies, incluindo alguns primatas, golfinhos, elefantes e porcos. Embora a ligação entre a dobragem do cérebro destes animais e as suas elevadas funções cognitivas tivesse sido notada antes, ainda não está totalmente compreendida pelos cientistas.

Nos seres humanos, a dobragem começa por volta da 20ª semana de gestação do cérebro do feto, com a continuação do processo até que a criança chegue a aproximadamente 18 meses de idade.

A dobragem acontece conforme o cérebro cresce, com o número, o tamanho, forma e posição das células neuronais, as quais contribuem para a expansão do córtex – também chamado de matéria cinzenta – em relação à substância branca que se encontra por baixo.

Para imitar esse movimento de dobragem em uma estrutura de cérebro artificial, os pesquisadores utilizaram como base imagens de ressonância magnética de fetos humanos. Com os dados em mãos, eles fizeram um suave modelo 3D em gel, um cérebro fetal sem rugas como ele ficaria antes de qualquer dobramento tomar forma.

A superfície do modelo foi então revestida com uma fina camada de gel de elastómero, o que representa uma forma eficaz de córtex artificial. Para reproduzir o processo natural de expansão cortical, o cérebro em gel foi imerso em um solvente, fazendo com que a camada exterior fosse capaz de inchar e expandir. Dentro de minutos – como foi visto no GIF anterior –  a camada externa do cérebro artificial assemelhou-se a formação de dobras em cérebros reais.

“Descobrimos que poderíamos imitar a dobragem cortical usando um princípio físico muito simples e obter resultados qualitativamente semelhantes ao que vemos nos cérebros fetais de verdade”, disse um dos pesquisadores, L. Mahadevan . “Esta inovação evolutiva simples, com interações e variações, permite que o fino, mas expansivo córtex, seja embalado em um volume pequeno, e é a principal causa da dobragem por trás do cérebro, conhecido como gyrification [formação dos giros e sulcos].”

De acordo com os pesquisadores, a forma e a posição das dobras que resultam da expansão do córtex são críticas para a saúde, com a forma do cérebro relacionada à sua função.

“A geometria do cérebro é realmente importante porque serve para orientar as dobras em certas direções”, disse um dos pesquisadores, Jun Young Chung . “Os cérebros não são exatamente os mesmos de um humano para outro, mas todos nós devemos ter as mesmas grandes pregas, para que sejamos saudáveis.”

Os resultados, que são relatados na Nature Physics, poderiam ajudar os cientistas a entender melhor como a forma externa do cérebro está relacionada com o seu funcionamento interno.

“Nossa pesquisa mostra que, se uma parte do cérebro não cresce adequadamente, ou se a geometria global está interrompida, podemos não ter as grandes dobras no lugar certo, o que pode causar disfunção potencial”, disse Chung .

Veja abaixo um vídeo que ilustra o trabalho destes pesquisadores de Harvard:

 

Texto traduzido da revista Science Alert, por Vinicius de Oliveira Mussi.

Revisado por Igor Augusto G. Cunha.

Vinicius Mussi

Vinicius Mussi

Capixaba, graduado em Biomedicina, com especialização em Saúde Pública e mestre em Biociências e Biotecnologia pela UENF - Universidade Estadual do Norte Fluminense Darcy Ribeiro.
Vinicius Mussi

Vinicius Mussi

Capixaba, graduado em Biomedicina, com especialização em Saúde Pública e mestre em Biociências e Biotecnologia pela UENF - Universidade Estadual do Norte Fluminense Darcy Ribeiro.

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