Cientistas indianos revelam o ANCHOR, o mais detalhado atlas 3D do tronco cerebral humano do mundo

Mapear o centro de controlo oculto do cérebro

Durante mais de um século, os neurocientistas estudaram o cérebro humano quase como os primeiros cartógrafos mapeavam terras desconhecidas, reunindo uma vasta paisagem a partir de observações dispersas. Ainda hoje, um patologista que diagnostica a doença de Alzheimer inspeciona tipicamente apenas algumas amostras de tecido de um órgão que contém cerca de 86 mil milhões de neurónios. Essa pequena janela deixa grande parte do cérebro por ver.

Os cientistas do Sudha Gopalakrishnan Brain Centre (SGBC), do Instituto Indiano de Tecnologia de Madras (IIT-M), acreditam ter dado um passo importante para preencher essa lacuna. Produziram aquilo que descrevem como o atlas 3D mais detalhado do mundo do tronco cerebral humano em resolução celular. Denominado ANCHOR, abreviatura de Atlas of Neurochemical Characterisation of the Human Brainstem with 3D Reconstruction, este mapa digital permite aos investigadores viajar das imagens de ressonância magnética de todo o cérebro até células nervosas individuais, mantendo todas as estruturas no seu lugar exato.

O atlas combina mais de 500 secções de tecido de cérebros fetais, infantis e adultos. Oito marcadores químicos, conhecidos como imunocolorações, ajudam a distinguir diferentes tipos de células neuroquímicas. O resultado identifica mais de 200 agrupamentos de células cerebrais e vias nervosas em todo o tronco cerebral. Ao contrário de atlas moleculares mais dispendiosos, o ANCHOR é construído a partir de imagens microscópicas de alta resolução, tornando o mapeamento detalhado com resolução celular mais acessível e mais fácil de ampliar.

O projeto foi apresentado durante o 3.º Simpósio de Neurociência dos BRICS de 2026 no IIT-Madras, com a presença de líderes do governo, do meio académico e da filantropia. O lançamento assinalou tanto um marco científico como um papel crescente da Índia na neurociência global.

Porque é que o tronco cerebral continua a ser a última fronteira da neurociência

O tronco cerebral ocupa apenas uma pequena faixa na base do cérebro, mas mantém as pessoas vivas. Liga o cérebro à medula espinal e governa a respiração, os batimentos cardíacos, a pressão arterial, o sono, o estado de vigília, a temperatura corporal e o movimento. Danos em pequenos agrupamentos de células no seu interior podem ser catastróficos, mas a arquitetura densamente compactada da região há muito frustra os esforços para a mapear em detalhe.

O Dr. Mihail Bota, cientista sénior no SGBC e um dos principais investigadores do projeto, observou que o tronco cerebral também serve como ponte vital entre o cérebro e o resto do corpo através da medula espinal. Contém dez dos doze nervos cranianos e desempenha um papel importante nas funções autonómicas, na regulação emocional e no comportamento intencional.

Mapear esta região é particularmente difícil porque milhares de células nervosas e vias de fibras estão densamente compactadas num espaço pequeno. A estrutura é altamente heterogénea. Diferentes núcleos e centros de controlo aparecem e desaparecem em distâncias muito pequenas. Como os investigadores não podem fazer biópsias ao tronco cerebral com segurança em doentes vivos, têm de recorrer a tecido post-mortem, cortes finos, colorações, imagiologia e reconstrução computacional. Este trabalho lento e minucioso limitou a escala e o detalhe dos mapas anteriores.

Os cientistas mapearam os cérebros de várias espécies animais com notável detalhe, mas o cérebro humano continua comparativamente pouco cartografado porque os estudos detalhados de tecido cerebral humano são escassos. Cada cérebro humano é único, e barreiras éticas, técnicas e logísticas tornam difíceis os estudos em larga escala com humanos. O ANCHOR ajuda a colmatar essa lacuna ao fornecer uma referência de alta resolução construída diretamente a partir de tecido humano.

Construir o ANCHOR: de 500 cortes a um atlas digital

A equipa do ANCHOR desenvolveu uma plataforma de imagiologia cerebral e computação de elevado débito que transforma cérebros humanos inteiros em bases de dados 3D com resolução celular. O processo começa depois de um cérebro doado ser recolhido e processado dentro de janelas temporais cuidadosamente controladas. O tronco cerebral, que o Prof. Mohanasankar Sivaprakasam, responsável pelo SGBC, descreveu como tendo aproximadamente a forma de uma cenoura, é cortado em secções com apenas 10 a 20 micrómetros de espessura. Um micrómetro corresponde a cerca de um quinto da largura de um cabelo humano, pelo que cada corte é extraordinariamente fino.

Os cortes são depois submetidos a processamento químico e biológico antes de serem mapeados e anotados digitalmente. Ferramentas avançadas de imagiologia com inteligência artificial e computação de alto desempenho alinham as secções com tanta precisão que o tronco cerebral original pode ser reconstruído em três dimensões. Cerca de 20 cientistas passaram 18 meses a analisar manualmente mais de 200 secções cerebrais e a combinar imagens de ressonância magnética, anatomia microscópica e reconstrução 3D num único atlas.

Oito imunocolorações complementares foram sobrepostas nas secções de tecido. Estes marcadores químicos funcionam como filtros, destacando diferentes tipos de células neuroquímicas. O resultado é um recurso multimodal que combina ressonância magnética, imagiologia de superfície de bloco e histologia com resolução celular. Os investigadores podem examinar qualquer ponto do tronco cerebral em múltiplas resoluções e métodos de coloração, revelando detalhes anatómicos e químicos que de outra forma permaneceriam ocultos.

Os cérebros destinados a este tipo de mapeamento com resolução celular têm de ser recolhidos e processados sob condições rigorosas. A equipa teve de desenvolver protocolos especializados para preservar a integridade dos tecidos e remover resíduos de sangue que poderiam interferir com a imagiologia. O trabalho exigiu conhecimentos de neurocientistas, neuroanatomistas, especialistas em histologia, especialistas em imagiologia e cientistas computacionais.

Colmatar a distância entre exames de todo o cérebro e células individuais

A neurociência moderna tem funcionado há muito tempo em dois mundos separados. A ressonância magnética revela todo o cérebro, mas falta-lhe detalhe celular. Os microscópios revelam células individuais, mas apenas em cortes isolados. A relação espacial entre esses cortes e a estrutura maior perde-se frequentemente. Essa lacuna tem deixado clínicos e investigadores incapazes de fazer corresponder o cérebro tal como aparece num exame ao cérebro tal como se vê ao microscópio.

O ANCHOR procura fechar essa divisão. Os utilizadores podem ampliar desde todo o tronco cerebral visto em ressonância magnética até neurónios individuais, mantendo as suas relações espaciais precisas. É esta integração que torna o atlas invulgar. Não é apenas mais um diagrama anatómico; é uma ponte entre a imagiologia médica e a patologia celular.

A Dra. Rebecca Folkerth, neuropatologista afiliada na Harvard Medical School e na New York University, colaborou com a equipa do SGBC. Examinou milhares de cérebros ao longo de mais de três décadas. Descreveu o novo recurso como a concretização de um sonho profissional há muito acalentado.

O que o centro indiano criou é essencialmente aquilo com que sonhava no início da minha carreira - ter exames cerebrais que correspondam à anatomia microscópica do cérebro.

A Dra. Shubha Tole, neurocientista indiana no Tata Institute of Fundamental Research, descreveu o projeto como uma "integração sem precedentes" de engenharia, neurociência e medicina. Disse que o programa coloca a Índia na mesa internacional.

O Dr. Partha Mitra, neurocientista no Cold Spring Harbor Laboratory, que ajudou a conceber e estabelecer o programa de histologia do cérebro humano do IIT Madras, afirmou que atlas cerebrais detalhados poderiam ter um impacto transformador no estudo das doenças neurológicas, ao revelar, célula a célula, como os cérebros afetados por condições como a doença de Alzheimer ou o autismo diferem dos saudáveis.

Da doença de Parkinson ao AVC: o que o ANCHOR poderá revelar

O atlas não é uma ferramenta de diagnóstico. O seu maior valor está nas perguntas que pode ajudar os cientistas a fazer. Ao comparar mapas saudáveis do tronco cerebral com tecido doente, os investigadores poderão compreender melhor perturbações que vão da doença de Parkinson e do AVC à doença de Alzheimer e à síndrome da morte súbita do lactente, ou SIDS.

A doença de Parkinson está associada à perda gradual de células nervosas produtoras de dopamina na substância negra, uma estrutura localizada no tronco cerebral. O AVC pode lesionar tecidos de formas que ainda não são totalmente compreendidas. A doença de Alzheimer tem sido associada a alterações em regiões do tronco cerebral. Mapas mais precisos poderão ajudar os neurocirurgiões a navegar numa das áreas mais delicadas do cérebro com maior confiança.

A Dra. Folkerth usou o AVC como exemplo. Disse que o atlas revelou novas características que poderão ajudar os médicos a preservar tecido cerebral lesionado mas ainda não irreparável, melhorando potencialmente os resultados dos doentes.

O Dr. Mitra observou ainda que atlas como o ANCHOR poderão ajudar a explicar como as infeções, incluindo a Covid-19, desencadeiam danos neurológicos a longo prazo. Como o tronco cerebral controla funções como a respiração e o estado de alerta, compreender como os vírus ou a inflamação afetam as suas células poderá abrir novas vias de investigação sobre condições pós-infecciosas.

Outras aplicações podem incluir a medicina do sono, as perturbações do desenvolvimento e o estudo das alterações relacionadas com a idade. O tronco cerebral começa a desenvolver-se muito cedo no crescimento embrionário e estabelece rapidamente ligações neuronais críticas enquanto o feto ainda está no útero. Mais tarde na vida, várias estruturas do tronco cerebral começam a perder neurónios. Compreender estas alterações normais do desenvolvimento e do envelhecimento é essencial antes de os investigadores poderem identificar o que corre mal na doença.

Ciência aberta, colaboração global e o lançamento nos BRICS

O ANCHOR foi apresentado durante o 3.º Simpósio de Neurociência dos BRICS de 2026, realizado de 5 a 7 de junho no IIT Madras. O simpósio reuniu neurocientistas, clínicos, académicos e investigadores de nações dos BRICS. No lançamento esteve presente o Prof. Ajay Kumar Sood, conselheiro científico principal do Governo da Índia, que foi convidado de honra. Estiveram também presentes Kris Gopalakrishnan, cofundador da Infosys e um dos principais apoiantes do SGBC; o Prof. V. Kamakoti, diretor do IIT Madras; e o Prof. Mohanasankar Sivaprakasam, responsável pelo SGBC.

O Prof. Sood discursou no evento e afirmou que os mapas poderão ajudar a identificar populações celulares específicas afetadas em lesões do tronco cerebral, o que pode ser crucial para aplicações clínicas. Chamou ao projeto uma conquista importante na neurobiologia e elogiou o centro por abranger instituições, nações e disciplinas.

Isto é um feito significativo no campo da neurobiologia. Este é um enquadramento multimodal que integra ressonância magnética, histologia e quimioarquitetura detalhada. Serão os mapas mais detalhados e abrangentes do tronco cerebral humano, e serão disponibilizados publicamente em formato digital.

O projeto também dependeu de instituições médicas indianas para acesso a tecidos. O CMC Vellore, o Government Kilpauk Medical College, o Sri Ramachandra Institute of Higher Education and Research e a MediScan Systems ajudaram a adquirir cérebros de indivíduos de várias idades e origens. Esta colaboração entre hospitais, engenheiros e neurocientistas foi essencial para a criação do atlas.

Os investigadores tornaram o ANCHOR acessível ao público através do site anchor.humanbrain.in. O acesso aberto é central na conceção do projeto. A equipa quer que o atlas se torne uma infraestrutura partilhada em vez de um recurso interno limitado.

A missão mais ampla: mapear 100 cérebros ao longo da vida e da doença

O ANCHOR faz parte de um esforço mais amplo do SGBC para criar mapas abrangentes com resolução celular do cérebro humano em diferentes fases da vida e condições neurológicas. Em 2024, o centro lançou o DHARANI, um atlas detalhado do cérebro fetal em desenvolvimento. Os investigadores estão agora a trabalhar em atlas adicionais que abrangem o terceiro trimestre de gravidez, a primeira infância e várias doenças neurológicas.

Um dos projetos em curso é um atlas detalhado de um cérebro afetado por AVC isquémico, que a equipa espera lançar no próximo ano. O centro planeia obter imagens de mais de 100 cérebros humanos inteiros ao longo da vida e de perturbações neurológicas, incluindo a doença de Alzheimer e a demência, criando uma biblioteca de referência que poderá revelar como a doença remodela o cérebro célula a célula.

O Prof. Sivaprakasam afirmou que o feito é tanto uma conquista científica como um desenvolvimento de que a medicina e a prática clínica irão beneficiar enormemente. Pela primeira vez, os clínicos podem saber como é o tronco cerebral em detalhe a uma resolução muito superior à da ressonância magnética ou da TAC. Espera aplicações em cirurgia cerebral, entre outras áreas.

O centro é financiado principalmente através de contribuições fundacionais do cofundador da Infosys, Kris Gopalakrishnan, e da sua mulher, Sudha Gopalakrishnan. Recebe também subvenções de instituições privadas e organizações filantrópicas, além de apoio inicial do Governo da Índia. A equipa inclui agora mais de 200 investigadores, engenheiros e técnicos que trabalham com colaboradores de cerca de 20 países.

Espero que isto dê contributos importantes para a neurociência no mundo. Na Índia, temos a consciência da ciência acessível e da tecnologia acessível, porque, em última análise, a tecnologia deve servir a sociedade e as pessoas.

A Prof.ª Vidita A. Vaidya, professora sénior e copresidente do Departamento de Ciências Biológicas do Tata Institute of Fundamental Research, afirmou que recursos de investigação de acesso aberto como o ANCHOR são cruciais para fazer avançar a colaboração internacional e acelerar as descobertas. Vê a Índia a emergir como um importante centro global de investigação em neurociência, com o SGBC na liderança da neuroanatomia e a expandir-se para a transcriptómica espacial, a fim de sobrepor detalhe molecular a mapas celulares.

O essencial

• Os investigadores do Sudha Gopalakrishnan Brain Centre do IIT Madras lançaram o ANCHOR, um atlas 3D gratuito do tronco cerebral humano com resolução celular.
• O atlas combina ressonância magnética, histologia de alta resolução e oito marcadores neuroquímicos em mais de 500 secções de tecido de cérebros fetais, infantis e adultos.
• Identifica mais de 200 núcleos e tratos de fibras do tronco cerebral, permitindo aos cientistas passar de exames de todo o cérebro para células nervosas individuais.
• O tronco cerebral controla a respiração, os batimentos cardíacos, a pressão arterial, o sono, o estado de vigília e o movimento, tornando os mapas detalhados essenciais para a investigação clínica.
• As aplicações potenciais incluem estudos da doença de Parkinson, AVC, doença de Alzheimer, perturbações do sono, SIDS e planeamento neurocirúrgico.
• O ANCHOR é atualmente um recurso de investigação, não uma ferramenta de diagnóstico, e o trabalho foi divulgado como pré-impressão na bioRxiv, aguardando revisão por pares.
• O SGBC planeia mapear mais de 100 cérebros humanos inteiros ao longo da vida e de doenças neurológicas, com base em trabalhos anteriores como o atlas do cérebro fetal DHARANI.