Mapa de 166.700 neurônios mostra onde cérebros de moscas macho e fêmea divergem

Como diferenças genéticas entre os sexos se transformam em circuitos capazes de orientar comportamentos distintos? Para enfrentar a pergunta em escala de um sistema nervoso inteiro, um consórcio internacional reconstruiu o cérebro e o cordão nervoso ventral de uma mosca-das-frutas macho. O resultado é um conectoma: um mapa que identifica neurônios e as sinapses pelas quais eles se conectam. Pela primeira vez, esse tipo de mapa cobre, no mesmo animal macho adulto, o cérebro, os lobos ópticos e a estrutura equivalente funcionalmente à medula espinhal dos vertebrados.

Os pesquisadores cortaram o sistema nervoso central de uma única Drosophila melanogaster macho em lâminas extremamente finas e registraram cada superfície com microscopia eletrônica. Algoritmos de inteligência artificial alinharam milhões de imagens e reconstruíram formas celulares em três dimensões; especialistas corrigiram e anotaram o resultado. O trabalho, publicado na Cell, reuniu 166.700 neurônios, 124 milhões de conexões sinápticas e 11.710 tipos celulares reconhecíveis entre animais. A revisão humana acumulada foi estimada pelos autores em um equivalente a 44 anos de trabalho.

A equipe então comparou essa reconstrução masculina com mapas femininos existentes. Quase 95% dos neurônios do cérebro aparecem como tipos compartilhados pelos dois sexos. Pouco menos de 5% das células masculinas eram exclusivas do macho ou sexualmente dimórficas — presentes nos dois sexos, mas com forma ou conexões diferentes —, ante menos de 3% no cérebro feminino. Essas células não se distribuíam ao acaso: concentravam-se em regiões de ordem superior ligadas à decisão e ao controle do comportamento.

A pequena fração celular teve alcance maior na fiação. Cerca de 12% dos neurônios do cérebro masculino apresentaram diferenças de conectividade associadas ao sexo, enquanto a proporção informada para o cérebro feminino foi de 4%. Muitos neurônios dimórficos expressavam fruitless e doublesex, genes que participam da determinação sexual em moscas. O mapa mostra que essas células formam núcleos densamente interligados capazes de redirecionar sinais sensoriais para circuitos distintos; ele não demonstra, sozinho, qual comportamento cada conexão causa.

Incluir cérebro e cordão nervoso numa reconstrução contínua muda as perguntas que podem ser feitas. Em vez de examinar apenas um trecho, pesquisadores podem seguir caminhos completos desde entradas visuais, olfativas ou gustativas até neurônios motores que controlam pernas, asas e outras estruturas. O conjunto de dados está disponível publicamente, sob licença CC BY, para consultas, comparações e testes de hipóteses por outros grupos.

O conectoma masculino funciona como uma planta detalhada, não como uma gravação do sistema em atividade. Ele oferece locais e conexões candidatos para experimentos sobre corte, agressão, alimentação e movimento. Confirmar como esses circuitos produzem diferenças comportamentais exigirá registrar sua atividade e alterar neurônios específicos em animais vivos, além de repetir comparações em outros indivíduos. O avanço está em tornar essa cadeia experimental possível em escala sistêmica.