Simulação digital do cérebro permite estudar doenças como Alzheimer e epilepsia

Uma simulação digital altamente detalhada do córtex cerebral de camundongo foi criada por cientistas do Instituto Allen e colaboradores internacionais. Rodada no supercomputador Fugaku, a simulação reúne quase dez milhões de neurônios, 26 bilhões de sinapses e 86 regiões cerebrais interconectadas, replicando forma e função do cérebro com um nível de precisão inédito.

Esse modelo abre caminho para experimentos virtuais, nos quais pesquisadores podem estudar doenças neurológicas, como Alzheimer e epilepsia, testar terapias e investigar processos cerebrais antes mesmo do surgimento de sintomas.

• Simulação captura morfologia subcelular de neurônios e dendritos;
• Fluxos de íons e variações de voltagem replicam atividade elétrica real;
• Permite estudar interações entre regiões cerebrais simultaneamente;
• Ferramenta segura para testar efeitos de doenças e tratamentos;
• Base para futuros modelos de cérebros humanos completos.

Detalhes da simulação e tecnologia envolvida

O modelo digital inclui ramificações neuronais, ativações sinápticas e fluxo elétrico entre as células. A equipe utilizou dados reais do Allen Cell Types Database e do Allen Connectivity Atlas, e empregou softwares como Brain Modeling ToolKit e Neulite para transformar equações matemáticas em neurônios virtuais ativos.

O supercomputador Fugaku processou mais de 400 quadrilhões de operações por segundo, tornando possível criar um modelo em escala e resolução sem precedentes. Para efeito de comparação, contar até esse número levaria mais de 12,7 bilhões de anos, quase a idade do Universo.

Aplicações para estudo de doenças e cognição

O modelo permite investigar como distúrbios neurológicos se propagam pelas redes neurais e observar a formação de padrões associados a convulsões, Parkinson ou alterações cognitivas. Além disso, possibilita estudar o cérebro em funcionamento sem limitações de observação de animais vivos, mantendo detalhes do comportamento de cada neurônio.

• Mapear propagação de doenças antes de sintomas aparecerem;
• Testar virtualmente potenciais terapias e medicamentos;
• Entender como ondas cerebrais contribuem para atenção e cognição.

Apesar do avanço, a simulação não reproduz totalmente a variabilidade anatômica nem a plasticidade cerebral, limitando ainda a replicação completa do cérebro real. Ainda assim, o feito representa um marco técnico que amplia a confiança na criação de modelos cada vez maiores e detalhados, incluindo cérebros humanos no futuro.