Houve uma época, não muito tempo atrás, em que cientistas como Casey Holliday precisavam de bisturis, tesouras e até de suas próprias mãos para realizar pesquisas anatômicas. Mas agora, com os recentes avanços na tecnologia, Holliday e seus colegas da Universidade do Missouri estão usando inteligência artificial (IA) para ver dentro de um animal ou de uma pessoa – até uma única fibra muscular – sem nunca fazer um corte.
Holliday, professor associado de patologia e ciências anatômicas, disse que seu laboratório na MU School of Medicine é um dos poucos laboratórios no mundo que atualmente usam essa abordagem de alta tecnologia.

A IA pode ensinar programas de computador a identificar uma fibra muscular em uma imagem, como uma tomografia computadorizada. Então, os pesquisadores podem usar esses dados para desenvolver modelos de computador 3-D detalhados dos músculos para entender melhor como eles trabalham juntos no corpo para o controle motor, disse Holliday.

Holliday, junto com alguns de seus alunos atuais e antigos, fizeram isso recentemente quando começaram a estudar a força de mordida de um crocodilo.

"A única coisa sobre as cabeças de crocodilo é que elas são planas, e a maioria dos animais que evoluíram para morder muito forte, como hienas, leões, T. rexes e até mesmo humanos, têm crânios muito altos, porque todos os músculos da mandíbula são orientados verticalmente " disse Holliday. "Eles são projetados dessa forma para colocar uma grande força de mordida vertical em tudo o que estão comendo. Mas os músculos de um crocodilo são orientados mais horizontalmente."

Os modelos 3-D da arquitetura muscular podem ajudar a equipe a determinar como os músculos são orientados nas cabeças dos crocodilos para ajudar a aumentar sua força de mordida. Ajudando a liderar esse esforço está um dos ex-alunos de Holliday, Kaleb Sellers, que agora é pesquisador de pós-doutorado na Universidade de Chicago.

"Os músculos da mandíbula têm sido estudados em mamíferos com a suposição de que descritores relativamente simples da anatomia muscular podem dizer muito sobre a função do crânio", disse Sellers. "Este estudo mostra quão complexa é a anatomia do músculo da mandíbula em um grupo de répteis."

O laboratório de Holliday começou a experimentar imagens 3-D há vários anos. Algumas de suas primeiras descobertas foram publicadas em 2019 com um estudo em Integrative Organismal Biology que mostrou o desenvolvimento de um modelo 3-D dos músculos esqueléticos em um estorninho europeu.

Transição para um mundo digital

Historicamente, Holliday disse que a pesquisa anatômica - e muito do que ele fez enquanto crescia - envolvia dissecar animais com um bisturi ou tesoura, ou o que ele chama de abordagem "analógica". Ele foi apresentado aos benefícios do uso de imagens digitais para estudar anatomia quando se juntou ao projeto "Sue the T. rex" no final da década de 1990. Até o momento, continua sendo um dos maiores e mais bem preservados espécimes de Tyrannosaurus rex já descobertos.

Holliday lembra o momento em que o crânio gigante do T. rex foi transportado para o Laboratório de Campo Santa Susana da Boeing, na Califórnia, para ser fotografado em um dos enormes scanners CAT da empresa aeroespacial, normalmente usados ​​para escanear motores a jato em aviões comerciais.

"Na época, era o único scanner CAT do mundo grande o suficiente para caber em um crânio de T. rex, e também tinha o poder necessário para empurrar raios-X através das rochas", disse Holliday. "Ao sair da faculdade eu tinha pensado em me tornar um técnico de radiologia, mas com o projeto Sue eu estava aprendendo tudo sobre como eles escaneavam essa coisa, e isso realmente me chamou a atenção."

Hoje em dia, Holliday disse que muitos de seus alunos atuais e antigos da MU estão aprendendo a entender a anatomia usando os métodos de imagem e modelagem "de ponta" que ele e seus colegas estão criando. Uma dessas alunas é Emily Lessner, uma aluna recente da MU que desenvolveu sua paixão por "animais mortos há muito tempo" trabalhando no laboratório de Holliday.

"O processo de digitalização não é útil apenas para nosso laboratório e pesquisa", disse Lessner. "Isso torna nosso trabalho compartilhável com outros pesquisadores para ajudar a acelerar o avanço científico, e também podemos compartilhá-los com o público como ferramentas educacionais e de conservação. Especificamente, meu trabalho analisando os tecidos moles e correlatos ósseos nesses animais não apenas criou centenas de de perguntas futuras para responder, mas também revelou muitas incógnitas. Dessa forma, não apenas ganhei habilidades de imagem para ajudar no meu trabalho futuro, mas agora tenho mais do que uma carreira de avenidas para explorar."

Holliday disse que também estão em andamento planos para levar seus modelos anatômicos 3D um passo adiante, estudando como as mãos humanas evoluíram de seus ancestrais evolutivos. O projeto, que ainda está em seus estágios iniciais, recebeu recentemente uma bolsa da Leakey Foundation. Juntando-se a Holliday no projeto estarão dois de seus colegas da MU, Carol Ward, Professora Ilustre Curators de patologia e ciências anatômicas, e Kevin Middleton, professor associado de ciências biológicas.

Embora cerca de 90% da pesquisa feita no laboratório de Holliday envolva estudar coisas que existem no mundo moderno, ele disse que os dados coletados também podem informar o registro fóssil, como conhecimento adicional sobre como o T. rex se movia e funcionava.

"Com um melhor conhecimento da anatomia muscular real, podemos realmente descobrir como o T. rex pode realmente fazer controles motores finos e comportamentos mais sutis, como força de mordida e comportamento alimentar", disse Holliday. + Explorar mais

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