Ferramenta de visualização ajuda cientistas a detectar padrões de atividade neuronal em montanhas de dados

Os neurocientistas aprenderam muito – como quais neurônios e circuitos estão associados a diferentes comportamentos – registrando a atividade de pequenos conjuntos de neurônios.

Mas o que acontece quando você registra milhares de neurônios ao mesmo tempo? Ou quando você quer descobrir o papel dos neurônios quando não há um catalisador externo óbvio ou você não tem certeza do que está procurando?

É aí que entra o Rastermap.

A nova ferramenta de visualização desenvolvida pelos laboratórios Stringer e Pachitariu no Janelia Research Campus do HHMI ajuda os cientistas a descobrir padrões de atividade em gravações neurais em grande escala – o primeiro passo no desenvolvimento de novas teorias sobre como neurônios e circuitos individuais permitem o comportamento.

O trabalho está publicado na revista Neurociência da Natureza.

“Se você quiser explorar seus dados, você precisa visualizá-los”, diz Carsen Stringer, líder do Grupo Janelia. “Há coisas que você não necessariamente pensaria que poderiam estar nesses dados, então você deseja visualizá-los de uma forma que gere novas hipóteses nas quais você não pensou antes.”

Rastermap é um algoritmo para classificar a atividade de milhares de neurônios em clusters com base em quão semelhante é sua atividade, mesmo que eles estejam disparando em momentos diferentes ou que suas atividades não correspondam a um comportamento observável. Os clusters são então mapeados em um gráfico raster, uma representação gráfica dos picos ao longo do tempo, que permite aos pesquisadores visualizar e identificar padrões nos dados que podem então ser testados em laboratório.

Ao contrário das ferramentas de visualização anteriores, que usam uma média da atividade neuronal observada durante muitos ensaios experimentais para encontrar padrões, o Rastermap permite aos pesquisadores visualizar a atividade neuronal a partir de um único ensaio de um experimento. Isso permite que eles vejam padrões nos dados que não poderiam ser facilmente observados com métodos anteriores. O Rastermap também permite que os pesquisadores observem padrões de atividade neuronal quando não há estimulação externa.

Até agora, o Rastermap, que possui uma interface gráfica fácil de usar, ajudou os pesquisadores a visualizar a atividade neuronal em moscas, peixes-zebra, camundongos, ratos e primatas.

“Você não pode perguntar a um animal o que ele está pensando, mas pode usar essa técnica não supervisionada para descobrir coisas potencialmente novas em seus dados que estão relacionadas aos processos cognitivos que ocorrem no animal”, diz Stringer. Mesmo que a atividade esteja relacionada a um fator externo, “o Rastermap ajuda a visualizá-la de forma mais clara”.