Mapeamento do cérebro da mosca-das-frutas adulta é concluído

 (economist.com)
1 pontos por GN⁺ 2024-10-03 | 1 comentários | Compartilhar no WhatsApp
  • O mapa de conexões do cérebro da mosca-das-frutas adulta foi concluído, tornando-se um marco de referência para a pesquisa de conectoma, que busca ler com precisão cérebros animais complexos
  • A mosca-das-frutas possui um repertório comportamental que inclui não só voar, mas também cortejar, lutar e formar memórias de longo prazo sobre o ambiente ao redor
  • Ela pode alertar outras moscas-das-frutas sobre perigos não diretamente visíveis, como vespas parasitas, o que torna difícil vê-la como um animal de comportamento apenas reflexo
  • Este mapa se torna um caso importante para pesquisas que tentam entender ao mesmo tempo as conexões cerebrais de pequenos animais e comportamentos complexos
  • O mapeamento do cérebro da mosca-das-frutas adulta também abre a possibilidade de que o mapeamento do cérebro humano venha a seguir

Conectoma do cérebro da mosca-das-frutas adulta

  • O cérebro da mosca-das-frutas adulta foi mapeado e é apresentado como o conectoma mais sofisticado já produzido até agora
  • Conectoma é usado aqui no sentido de mapa de conexões do cérebro

A complexidade comportamental demonstrada pela mosca-das-frutas

  • A mosca-das-frutas demonstra capacidades comportamentais variadas demais para ser vista apenas como um inseto simples
    • Pode voar
    • Pode cortejar
    • Pode lutar
    • Pode formar memórias de longo prazo complexas sobre o ambiente ao redor
    • Pode alertar outras moscas-das-frutas sobre a presença de perigos invisíveis, como vespas parasitas
  • O mapeamento do cérebro da mosca-das-frutas adulta também é tratado junto com a possibilidade de que isso leve, no futuro, ao mapeamento do cérebro humano

Leituras relacionadas

1 comentários

 
GN⁺ 2024-10-03
Opiniões do Hacker News

  • O artigo de acesso aberto publicado na Nature pode ser visto aqui: https://www.nature.com/articles/s41586-024-07558-y

  • https://archive.is/vBUjt

  • Relacionado a isso, há um dos meus comentários favoritos do HN em uma postagem parecida de um ano atrás: era uma piada sobre como há muita pesquisa interessante em andamento à medida que o conectoma completo da mosca-das-frutas vai sendo totalmente mapeado
    Por exemplo, no papel de CTO de uma startup stealth que promete fazer pelo utilitarismo o que os créditos de carbono fizeram pelo ambientalismo, vendendo “créditos de utilidade” que compensam danos corporativos à felicidade e ao bem-estar ao simular trilhões de cérebros de moscas-das-frutas em um estado constante de êxtase
    https://news.ycombinator.com/item?id=36584130

    • Se você tem curiosidade sobre a crítica real ao utilitarismo por trás dessa piada, ela se chama monstro de utilidade: https://en.wikipedia.org/wiki/Utility_monster
    • Parece tão útil quanto créditos de carbono de verdade
    • Há uma oportunidade de branding. Algo como Karma Kredits, ou talvez um co-branding com os donuts da Krispy Kreme
      Você compra um donut, obtém alegria e também recebe Karma Kredits para compensar essa alegria
      É só aproveitar KK com KK
    • Parece uma variação de algo em Venomous Lumpsucker, de Ned Beauman. Não vou dar spoilers, mas recomendo muito o livro
    • Precisa mesmo simular? A correspondência entre o estado do computador e o estado simulado que ele representa existe só na nossa cabeça
      Por esse raciocínio, também poderíamos dizer que todas as realidades vagamente imagináveis existem e têm peso moral

  • Eu entendia que pesquisas baseadas em conectoma eram, em geral, um beco sem saída, porque não capturam nem a dinâmica nem as inúmeras interações
    Se você já viu neurônios crescendo, sabe que uma estrutura gelatinosa gigantesca é altamente plástica e dinâmica. Mesmo nos cérebros mais simples, como o de C. elegans, o número de neurônios e conexões aumenta exponencialmente, na ordem de 10^x, durante o crescimento

    • Falando como neurocientista de uma área próxima aos conectomas: de jeito nenhum é um beco sem saída. Mas também, de jeito nenhum, é o quadro completo
      Uma das grandes questões em aberto na neurociência hoje é como a estrutura de rede, a dinâmica e a função se conectam no cérebro. O conectoma dá uma visão enorme da estrutura, mas sozinho não resolve, em geral, as questões de dinâmica ou função
      Por exemplo, para muitos neurônios, não conhecemos bem a relação entrada-saída, e essa relação pode ter grande impacto na dinâmica que surge em uma rede altamente conectada. As diferenças de conectoma entre indivíduos e como o conectoma muda durante o desenvolvimento também são questões importantes, mas, ao menos nas moscas-das-frutas, acredita-se que boa parte da estrutura básica seja preservada entre indivíduos adultos
      Apesar dessas limitações, conhecer a estrutura física da rede do cérebro impõe grandes restrições aos modelos que devemos usar para entender dinâmica e função. Por exemplo, há regiões bem conhecidas, como os “corpos cogumelares”, que têm um padrão específico de conexões feedforward muito diferente de uma rede recorrente aleatória
      Também há regiões em que se considera que a relação estrutura-função é bastante limpa, como o complexo central do cérebro da mosca-das-frutas. Ali há um anel físico de neurônios, que se acredita sustentar um “bump” de atividade com papel de bússola para ajudar a navegação da mosca, por meio de sistemas dinâmicos como atratores em anel
      Portanto, mesmo com muitas peças faltando, esses diagramas de fiação são muito úteis para gerar hipóteses que orientem experimentos e pesquisas teóricas mais direcionados
    • Este trabalho foi feito em adultos, então os neurônios já estavam crescidos
      O conectoma não é um beco sem saída, mas também não resolve todos os problemas conhecidos. É mais parecido com fazer um mapa estático e depois observar os carros circulando por ele, isto é, a dinâmica e interações como colisões
      Além disso, a neurogênese em adultos ainda é um tema controverso em várias espécies. Para um comentário sobre as dificuldades em moscas-das-frutas, veja https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC7554932/; para a questão mais ampla, veja https://en.wikipedia.org/wiki/Adult_neurogenesis
    • É muito empolgante que cientistas possam acessar ao menos um instantâneo do conectoma. O primeiro passo para entender por que algo é como é, e como chegou a ser assim, é ver o que esse algo é
      Existem sistemas que dão ao cérebro sua forma atual, e não os conhecemos bem. Entendemos melhor os neurônios individuais, mas não os sistemas emergentes
      Agora que mais cientistas podem saber qual é o alvo desses sistemas — isto é, o cérebro que eles produziram —, eles podem começar a entender os ciclos de controle e feedback que levaram a esse estado de instantâneo
      Portanto, não é um beco sem saída. O fato de não gerar imediatamente um produto de consumo não significa que não seja progresso
    • Não dá para obter a dinâmica só a partir do conectoma, mas o conectoma é indispensável. Em vez de um beco sem saída, é que só a dinâmica também não basta, e só o conectoma também não; portanto, precisamos dos dois
      Indo além, se você precisa de algo a que realmente anexar a dinâmica, precisa da anatomia celular, e por isso o conectoma é essencial. O fato de o conectoma não ser condição suficiente não significa que esta pesquisa seja um beco sem saída, mas sim que os pré-requisitos para entender o sistema nervoso são muito mais complexos e exigentes do que se esperava
    • É útil. É parecido com obter um mapa estático das estradas de um país sem carros
      Você não consegue fazer esse mapa ganhar vida com a atividade dos carros, mas consegue inferir para onde as pessoas deveriam dirigir. Mesmo sem saber quando e por que dirigem, ou o que estão fazendo, é uma grande pista

  • Para mapear o cérebro humano, o software precisaria melhorar muito. A mosca-das-frutas tem 140 mil neurônios e 54,5 milhões de sinapses, e mesmo a IA que fez esse mapeamento precisou que humanos verificassem tudo no pós-processamento e fizessem 3 milhões de correções; além disso, ainda é necessário identificar todos os tipos de neurônios
    O cérebro humano tem cerca de 86 bilhões de neurônios e provavelmente trilhões ou mais de sinapses, e é bem possível que isso ainda seja uma subestimativa. As 3 milhões de correções aumentariam para, no mínimo, 3 milhões * 10^6 correções manuais, o que não parece realista
    Para que a taxa de erro observada na mosca-das-frutas possa ser usada no mapeamento do cérebro humano, ela teria de cair para a faixa de um dígito. Como seria preciso melhorar de cerca de 6% em termos de sinapses para 0,000006%, isso representa um salto enorme em melhoria de IA

    • É como dizer que, já que cartógrafos mapearam a Escócia, agora o mundo inteiro talvez seja o próximo
    • Parece que escreveram “fruit flu” duas vezes em vez de “fruit fly”; será que foi um erro de digitação ou queriam mesmo dizer gripe em vez de mosca?

  • Durante minha pesquisa na graduação, trabalhei na identificação da força das sinapses com base no comportamento de disparo de uma rede simples de modelos de neurônios integra-e-dispara
    Comparado a neurônios reais, era um modelo de brinquedo, mas foi um bom ponto de partida e os resultados foram razoáveis. Mesmo com ruído, era possível identificar a solução que reproduzia de forma mais robusta os padrões de disparo
    Fico curioso para saber até que ponto o conectoma documenta, além das rotas de conexão, as conexões e a geometria dos dendritos e axônios. Isso poderia ajudar a esclarecer comportamentos como força das conexões, temporização e sensibilidade de disparo dos neurônios
    Mesmo que seja um modelo estável, não relacionado a aprendizado, capturado no momento do escaneamento, ele ajuda a entender quais comportamentos operacionais foram aprendidos para investigar o propósito e o comportamento da adaptação

  • Há também um post interessante publicado anteriormente: Whole-brain connectome of the fruit fly (2023)
    https://news.ycombinator.com/item?id=36568609

  • Talvez seja uma pergunta bem ignorante, mas, com esse conectoma, dá para “executar” uma simulação virtual de uma mosca-das-frutas, como MMAcevedo?

    • É uma rede neural sem pesos, e também sem corpo
      Pode levar décadas para descobrir o comportamento dos neurônios. Acho que um dia vão conseguir, mas simular o corpo inteiro de uma mosca-das-frutas deve continuar fora de alcance por muito tempo
    • Microsoft Fly Simulator (tm)
    • MMAcevedo é uma referência a este conto. É uma obra no formato de um artigo de wiki do futuro e, se você ainda não leu, vale muito a pena
      https://qntm.org/mmacevedo
      Naquele cenário, o Miguel Acevedo emulado, ao contrário da maioria dos humanos emulados, inicializa com uma atitude animada e bem-humorada. Ele quer saber quanto tempo passou desde o upload, em que contexto está sendo emulado e de quais tarefas ou experimentos terá de participar
      A atitude de MMAcevedo contrasta fortemente com a da maioria dos uploads de humanos adultos modernos. A maioria inicializa em estado de desorientação, que logo se transforma em medo e pânico extremo
      Como não são necessários procedimentos para obter cooperação, como red-washing, blue-washing e Objective Statement Protocols, a carga computacional de passar rapidamente pelos protocolos de cooperação é reduzida. Por isso, em tarefas adequadas, a taxa de disponibilidade de MMAcevedo normalmente chega a 99,4%, algo que pouquíssimos uploads conhecidos conseguem igualar
      No entanto, por causa das habilidades e da personalidade inatas de MMAcevedo, ele é fundamentalmente inadequado para muitas tarefas
    • Não. Há um trabalho do grupo da Turaga em que eles restringem a topologia de uma rede-modelo usando o conectoma e a treinam com dados visuais
      Pessoalmente, acho essa linha de pesquisa bem tola e acredito que ela chega a conclusões muito erradas sobre o que cada neurônio faz. Ainda assim, é o mais próximo da sua pergunta

  • http://archive.today/vBUjt

  • Todos os cérebros de moscas-das-frutas são iguais? Alguém sabe o que foi de fato mapeado e por que isso poderia ser generalizado de uma mosca para outra?

    • Acho que Drosophila não apresenta eutelia (https://en.wikipedia.org/wiki/Eutely), com número e posição exatos de células fixos. Então duas moscas não teriam exatamente as mesmas células exatamente nas mesmas posições
      C. elegans tem essa característica e provavelmente é o organismo com o conectoma mais bem estudado
      As estruturas em grande escala devem ser mais ou menos as mesmas entre indivíduos. Para generalizar, provavelmente será necessário algum tipo de mapeamento, como um embedding. Com certeza é uma área de pesquisa ativa
    • O artigo explica que eles cortam o cérebro da mosca-das-frutas em fatias muito finas e fotografam essas seções com microscopia eletrônica
      Depois analisam as imagens das seções para identificar neurônios e conexões. Essa é a parte difícil, e o avanço aqui é o método baseado em IA
      Até agora, é bem provável que tenham mapeado apenas um cérebro
    • Pelo que dizem, sim. Dizem que elas têm exatamente os mesmos neurônios e exatamente as mesmas conexões
      Eu estava caminhando com o autor correspondente e pedi até que ele reconfirmasse esse fato
    • É muito estereotipado, mas de forma alguma idêntico