Mapa neural de mosca começa a alimentar jogos e experimentos de IA
Pesquisadores concluíram um mapa detalhado do cérebro e do sistema nervoso central de uma mosca-da-fruta macho, reunindo cerca de 166 mil neurônios e 125 milhões de conexões sinápticas. O projeto contou com participação do Google Research, HHMI Janelia Research Campus, Universidade de Cambridge e outros grupos de pesquisa.
O conjunto de dados, chamado MaleCNS v1.0, começou rapidamente a ser reaproveitado fora dos laboratórios. Desenvolvedores já transformaram partes dessa estrutura neural em software capaz de participar de experimentos com reconhecimento de emoções na voz, simulações de estímulos associados à dor e até personagens de jogos executados no navegador.
Como o cérebro da mosca foi mapeado
O trabalho reconstrói o cérebro central, os lobos ópticos e o cordão nervoso ventral da mosca. Com isso, pesquisadores conseguem acompanhar conexões que vão desde regiões responsáveis pelo processamento de estímulos visuais, auditivos e olfativos até circuitos relacionados ao movimento.
A reconstrução foi feita a partir de imagens de microscopia eletrônica. Sistemas de inteligência artificial ajudaram a identificar e conectar estruturas presentes nessas imagens, enquanto especialistas revisaram e corrigiram os resultados.
O produto final funciona como um conectoma, uma espécie de mapa que mostra quais neurônios estão ligados entre si. Esses dados podem ser visualizados, analisados e usados como base para modelos computacionais.
Rede neural da mosca foi usada para classificar emoções
Um dos primeiros experimentos surgiu poucos dias após a divulgação do conectoma. Nathan Roll, da Oruk, selecionou 499 neurônios fortemente conectados e reproduziu em software 15.865 conexões entre eles, correspondentes a mais de 867 mil contatos sinápticos presentes nos dados originais.
A rede recebeu características extraídas de gravações de voz humana. Um pequeno componente treinável foi então usado para relacionar os padrões produzidos pelo circuito a diferentes categorias de emoção e estilos de fala.
O sistema foi treinado com 16.995 gravações e testado com outras 2.022. A maior parte da estrutura baseada no cérebro da mosca permaneceu fixa, enquanto apenas a camada responsável por interpretar os sinais foi treinada.
Os resultados também mostram as limitações do experimento. A rede baseada nas conexões reais atingiu 16,84% de mAP, enquanto uma versão com as conexões embaralhadas chegou a 16,88%. Na prática, o teste não encontrou uma vantagem específica da arquitetura biológica para reconhecer emoções humanas.
Isso também não significa que uma mosca seja capaz de compreender emoções humanas. O experimento usa apenas a organização de parte das conexões neurais como estrutura computacional.
Simulação usa circuitos neurais para reagir a estímulos
Outro projeto, chamado ConnectomeFly, transforma circuitos neurais de moscas em uma simulação interativa executada no navegador.
Nesse caso, o sistema utiliza um conjunto de 668 neurônios derivado de dados do FlyWire, e não todos os 166 mil neurônios presentes no MaleCNS.
Uma das funções da demonstração permite aplicar um forte estímulo nociceptivo à rede. A nocicepção é o mecanismo usado por organismos para detectar estímulos potencialmente nocivos.
A simulação aumenta a atividade da rede após o estímulo, mas isso não significa que o software esteja sentindo dor. O projeto reproduz matematicamente partes da atividade neural a partir de dados biológicos, sem demonstrar consciência ou experiência subjetiva.
Conectoma também chegou aos jogos
Os dados também começaram a aparecer em projetos experimentais de games.
O Fly Escape Room coloca moscas virtuais dentro de um ambiente tridimensional e usa circuitos derivados do MaleCNS como parte do sistema responsável pelo comportamento desses personagens.
O jogador distribui elementos pelo cenário enquanto as moscas recebem diferentes estímulos do ambiente e tentam encontrar uma saída. O projeto roda diretamente no navegador e utiliza Rust compilado para WebAssembly.
Apesar de algumas descrições nas redes sociais sugerirem que os NPCs usam os 166 mil neurônios completos da mosca, a implementação atual trabalha com um subconjunto do conectoma.
O impacto dos conectomas para a computação
Os projetos mostram como mapas neurais estão começando a ser utilizados não apenas para estudar organismos biológicos, mas também como matéria-prima para novos tipos de software.
Um conectoma, porém, não representa sozinho um cérebro funcionando. Ele revela quais neurônios estão conectados, mas não reproduz automaticamente fatores como atividade elétrica, química, plasticidade e mudanças de estado que acontecem em um organismo vivo.
Mesmo com essas limitações, a possibilidade de transformar circuitos biológicos reais em modelos executáveis abre espaço para experimentos em inteligência artificial, neurociência computacional, robótica e games.
O caso da mosca-da-fruta também mostra como grandes mapas cerebrais podem deixar de ser apenas bancos de dados científicos e passar a funcionar como estruturas que desenvolvedores conseguem explorar diretamente em software.