Parece um truque de festa: os cientistas agora podem observar a atividade cerebral de um minaºsculo verme e dizer que substância química o animal cheirou alguns segundos antes. Mas as descobertas de um novo estudo, liderado pelo Professor Associado Salk Sreekanth Chalasani, são mais do que apenas uma novidade; eles ajudam os cientistas a entender melhor como o cérebro funciona e integra as informações.

"Encontramos algumas coisas inesperadas quando comea§amos a olhar para o efeito desses esta­mulos sensoriais em células individuais e conexões dentro dos cérebros dos vermes", diz Chalasani, membro do Laborata³rio de Neurobiologia Molecular e autor saªnior do novo trabalho, publicado no jornal PLOS Computational Biology em 9 de novembro de 2021.

Chalasani estãointeressado em como, emnívelcelular , o cérebro processa as informações do mundo externo. Os pesquisadores não podem rastrear simultaneamente a atividade de cada um dos 86 bilhaµes de células cerebrais em um ser humano vivo - mas podem fazer isso no verme microsca³pico Caenorhabditis elegans , que tem apenas 302 neura´nios . Chalasani explica que em um animal simples como C. elegans , os pesquisadores podem monitorar neura´nios individuais enquanto o animal realiza ações. Atualmente, essenívelde resolução não épossí­vel em humanos ou mesmo em camundongos.

A equipe de Chalasani decidiu estudar como os neura´nios de C. elegans reagem ao cheirar cada um dos cinco produtos químicos diferentes: benzaldea­do, diacetil, a¡lcool isoama­lico, 2-nonanona e cloreto de sãodio. Estudos anteriores mostraram que o C. elegans pode diferenciar esses produtos qua­micos, que, para os humanos, tem um cheiro semelhante ao de amaªndoa, pipoca com manteiga, banana, queijo e sal. E embora os pesquisadores conhea§am as identidades do pequeno punhado de neura´nios sensoriais que sentem diretamente esses esta­mulos, o grupo de Chalasani estava mais interessado em como o resto do cérebro reage.

Os pesquisadores projetaram o C. elegans para que cada um dos 302 neura´nios contivesse um sensor fluorescente que acenderia quando o neura´nio estivesse ativo. Em seguida, eles observaram sob um microsca³pio enquanto expunham 48 vermes diferentes a repetidas explosaµes dos cinco produtos qua­micos. Em média, 50 ou 60 neura´nios ativados em resposta a cada substância química .

Observando as propriedades ba¡sicas dos conjuntos de dados - como quantas células estavam ativas em cada ponto no tempo - Chalasani e seus colegas não conseguiram diferenciar imediatamente entre os diferentes produtos qua­micos. Então, eles se voltaram para uma abordagem matemática chamada teoria dos gra¡ficos , que analisa as interações coletivas entre pares de células: Quando uma canãlula éativada, como a atividade de outras células muda em resposta?

Esta abordagem revelou que sempre que C. elegans foi exposto a cloreto de sãodio (sal), houve primeiro uma explosão de atividade em um conjunto de neura´nios - provavelmente os neura´nios sensoriais - mas, cerca de 30 segundos depois, tripletos de outros neura´nios começam a coordenar fortemente suas atividades. Esses mesmos trigaªmeos distintos não foram vistos após os outros esta­mulos, permitindo aos pesquisadores identificar com precisão - com base apenas nos padraµes do cérebro - quando um verme foi exposto ao sal.

" C. elegans parece ter atribua­do um alto valor a  detecção de sal, usando uma configuração de circuito completamente diferente no cérebro para responder", diz Chalasani. "Isso pode ser porque o sal geralmente representa bactanãrias, que são o alimento para o verme."

Em seguida, os pesquisadores usaram um algoritmo de aprendizado de ma¡quina para localizar outras diferenças mais sutis em como o cérebro respondia a cada uma das cinco substâncias químicas. O algoritmo foi capaz de aprender a diferenciar a resposta neural ao sal e ao benzaldea­do, mas frequentemente confundia os outros três produtos qua­micos.

"Qualquer que seja a análise que tenhamos feito, éum começo, mas ainda estamos obtendo apenas uma resposta parcial sobre como o cérebro discrimina essas coisas", disse Chalasani.

Ainda assim, ele aponta que a forma como a equipe abordou o estudo - olhando para a resposta de toda a rede do cérebro a um esta­mulo e aplicando a teoria dos gra¡ficos, em vez de apenas se concentrar em um pequeno conjunto de neura´nios sensoriais e se eles estãoativados - abre o caminho para estudos mais complexos e hola­sticos de como os cérebros reagem aos esta­mulos.

O objetivo final dos pesquisadores, éclaro, não éler as mentes de vermes microsca³picos, mas obter uma compreensão mais profunda de como os humanos codificam informações no cérebro e o que acontece quando isso da¡ errado em distúrbios de processamento sensorial e condições relacionadas, como ansiedade , transtornos de danãficit de atenção e hiperatividade (TDAH), transtornos do espectro do autismo e outros.

Os outros autores do novo estudo foram Saket Navlakha do Cold Spring Harbor Laboratory e Javier How da UC San Diego.