Whole-body 3D kinematics of freely behaving Drosophila

Para compreender como um sistema nervoso transforma um simples sinal elétrico em um movimento complexo e coordenado, os cientistas devem primeiro ser capazes de ver esse movimento com clareza absoluta. Durante décadas, pesquisadores confiaram na mosca da fruta, um inseto minúsculo com um cérebro bem mapeado, para descobrir as regras do controle motor. O desafio sempre foi que essas moscas são pequenas, movem-se com uma velocidade cegante e frequentemente bloqueiam o próprio corpo da visão ao girar ou interagir com outros. Métodos tradicionais de rastreamento têm tido dificuldade em capturar seu movimento completo em três dimensões, deixando uma lacuna entre o que o cérebro está enviando e como o corpo realmente responde. Sem uma imagem completa da postura da mosca no espaço, permanece difícil construir modelos precisos de como o cérebro comanda os músculos para criar o comportamento.

Uma equipe de pesquisadores agora preencheu essa lacuna ao criar um sistema que observa moscas se movendo em 3D total sem nunca tocá-las ou fixar marcadores em seus corpos. Eles configuraram sete câmeras de alta velocidade que trabalham juntas para gravar os insetos a 800 quadros por segundo, capturando cada tremor e curva rápida. Para dar sentido a esse fluxo de dados visuais, eles treinaram um programa de computador para reconhecer e rastrear cinquenta pontos específicos no corpo da mosca, desde as pontas de suas patas até as extremidades de suas antenas. Como os palpites iniciais do computador podem, às vezes, parecer fisicamente impossíveis — como uma pata dobrando para o lado errado — os pesquisadores adicionaram uma segunda etapa. Eles utilizaram um modelo da anatomia real da mosca para corrigir esses erros, garantindo que cada movimento registrado pelo sistema fosse algo que uma mosca real pudesse fisicamente fazer. Esse processo, conhecido como retargeting (redirecionamento), transforma o vídeo bruto em um mapa preciso e anatomicamente correto do movimento da mosca.

Quando os cientistas analisaram os movimentos de moscas correndo no solo, descobriram algo que contradiz uma suposição de longa data sobre como os insetos se movem. Por muito tempo, acreditou-se que os animais alternavam entre estilos distintos de corrida, ou marchas, conforme aceleravam ou desaceleravam. Os dados deste estudo mostram que as moscas não fazem isso. Em vez disso, elas mantêm um único estilo de corrida fundamentado em todo o seu intervalo de velocidades, nunca transicionando para uma marcha diferente. Essa descoberta sugere que os mecanismos de controle para seu movimento são mais contínuos e fluidos do que se pensava anteriormente.

O sistema também se mostrou poderoso o suficiente para rastrear múltiplas moscas ao mesmo tempo, permitindo que os pesquisadores observassem interações sociais com detalhes sem precedentes. Ao observar um macho de mosca cortejando uma fêmea, o estudo revelou que o macho coordena o movimento de ambas as asas para produzir seu canto de cortejo. Ao mesmo tempo, ele ajusta constantemente o ângulo de seu corpo, inclinando a cabeça e o torso para cima ou para baixo para manter seus olhos travados na posição vertical da fêmea enquanto ela se move. Essas observações fornecem um registro tridimensional rico do comportamento que era anteriormente impossível de capturar. Ao disponibilizar este grande conjunto de dados e o software usado para criá-lo ao público, os pesquisadores forneceram uma nova base para que cientistas construam modelos detalhados de como o cérebro e o corpo trabalham juntos para gerar movimento.