Pesquisadores do Instituto de Física (IF) da USP conseguiram construir uma rede neural híbrida conectando, por meio de sinapses artificiais, um grupo de neurônios de um crustáceo conhecido como siri azul (Callinectes sapidus) a um computador que simula a atividade elétrica de um desses neurônios. O objetivo é desenvolver e testar modelos da atividade de neurônios, isolados ou de grupos, para que, no futuro, circuitos neurais danificados possam ser substituídos por próteses eletrônicas, auxiliando, por exemplo, pessoas paraplégicas ou tetraplégicas.

Os experimentos estão sendo realizados no Laboratório de Fenômenos Não-Lineares (LFNL) do IF e têm a coordenação do professor Reynaldo Daniel Pinto, responsável pela pesquisa Dinâmica Não-Linear em Redes Neurais Biológicas. As experiências envolvem um grupo de onze neurônios pertencentes ao circuito neural que controla os movimentos de "mastigação" do crustáceo.

O professor explica que este circuito faz parte do sistema nervoso estomatogástrico do siri azul, composto de aproximadamente 30 neurônios, e responsável pela contração rítmica e sincronizada dos vários músculos do estômago. Se a comunicação com os centros nervosos superiores é interrompida, ou se um dos neurônios é destruído, o circuito inteiro pára de funcionar e os neurônios restantes passam a emitir sinais aleatórios. "Estamos usando um neurônio artificial para restabelecer o funcionamento do sistema", conta Reynaldo.

Para produzir o circuito híbrido, o crustáceo é dissecado e uma parte de seu sistema nervoso é colocada em um suporte adaptado a um microscópio. Em um dos neurônios, os pesquisadores inserem eletrodos que, ligados a um amplificador intracelular, permitem medir o sinal do neurônio e injetar correntes elétricas. O computador, que está simulando o neurônio artificial, lê os sinais coletados pelo amplificador e implementa sinapses artificiais. Pulsos de corrente elétrica são injetados no neurônio artificial e no neurônio biológico como aconteceria se o neurônio artificial fizesse parte do animal.

O software para leitura do sinal dos neurônios e produção das sinapses, inicialmente desenvolvido por Reynaldo foi aperfeiçoado com a ajuda de Marcelo Bussotti Reyes (doutorando do LFNL) para implementar simultaneamente o neurônio artificial. Atualmente, o software possibilita ler e conectar até 8 neurônios biológicos e 1 artificial ao mesmo tempo.

Circuito eletrônico de neurônios

Reynaldo iniciou os estudos de redes neurais biológicas com lagostas espinhosas californianas (Panulirus interruptus) durante o pós-doutorado na Universidade da Califórnia, em San Diego, EUA. De volta ao Brasil, ele deu continuidade à pesquisa, utilizando o siri azul. Inicialmente, o professor construiu um circuito eletrônico que simulava a atividade de até três neurônios conectados. "Agora, usando diretamente o computador, fica mais fácil alterar os parâmetros para se chegar a um modelo que melhor consiga simular o que o neurônio biológico faz."

Segundo o pesquisador, o siri azul é usado porque é fácil encontrá-lo, o custo não é alto e o funcionamento de suas células é semelhante ao de vertebrados. "Uma outra vantagem é que durante várias horas após a dissecação, o circuito neural desse crustáceo continua produzindo os mesmos sinais que produz quando ele está vivo."

O projeto Dinâmica Não-Linear em Redes Neurais Biológicas tem financiamento da Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado de São Paulo (Fapesp), do Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico (CNPq) e do National Science Foundation (NSF) / National Institutes of Health (NIH), dos EUA.