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Jogos avaliam a detecção ocular de movimentos

Voluntários ajudam a mapear conexões neurais envolvidas na percepção da direção de objetos em movimento

H.B. Barlow, Nature
Reconstrução tridimensional de vários tipos de neurônios e suas interconexões na retina de um camundongo.

 
Por Mo Costandi e revista Nature

Um amplo projeto para mapear conexões neurais na retina de camundongos pode ter respondido à pergunta de longa data de como os olhos detectam movimento. Com a ajuda de voluntários que jogaram on-line um jogo de mapeamento cerebral, pesquisadores mostraram que pares de neurônios posicionados juntos ao longo de uma dada direção acionam um terceiro neurônio em resposta a imagens que se movem na mesma direção.

Às vezes, costuma-se dizer que enxergamos com o cérebro e não com os olhos, mas isso não é inteiramente verdade. As pessoas só podem entender racionalmente uma informação visual depois que ela foi interpretada pelo cérebro, mas uma parte dessa informação é processada parcialmente pelos neurônios na retina.

Há 50 anos, por exemplo, pesquisadores descobriram que a retina de mamíferos é sensível à direção e à velocidade de imagens em movimento. Isso mostrou que a percepção de movimento começa na retina, mas os cientistas tiveram dificuldades para explicar como.

Quando a luz incide no olho, ela é captada por células fotorreceptoras, que convertem a informação em impulsos elétricos e os transmitem para camadas mais profundas da retina. Como fotorreceptores individuais são insensíveis à direção em que um objeto pode estar se movendo, o neurocientista Jinseop Kim, do Instituto de Tecnologia de Massachusetts (MIT), em Cambridge, e seus colegas queriam testar se a resposta para o enigma poderia estar no modo como vários tipos de células na retina estão conectados.

Fotorreceptores retransmitem seus sinais através de “neurônios bipolares”, assim chamados porque eles têm dois axônios (prolongamentos) que se projetam para fora do corpo da célula em direções opostas. O sinal então transita através de células amácrinas dendríticas. Essas têm filamentos, ou dendritos, que se estendem em todas as direções, como os raios de luz que emanam de uma estrela, antes de alcançarem as células que formam o nervo óptico, que os retransmite para o cérebro. 

Para entender como células bipolares e dendríticas estão interligadas, Kim e seus colegas analisaram imagens de alta resolução do microscópio eletrônico da retina de um camundongo com ajuda de quase 2.200 membros do EyeWire, um jogo “cidadão-ciência” criado para ajudar nos esforços de mapeamento cerebral (ver Computer science: The learning machines, em inglês). Os jogadores rastrearam os caminhos através de camadas celulares para criar um diagrama de alta resolução das conexões de parte da retina.

O mapa reconstruído, descrito em 5 de maio na revista Nature, mostrou que, enquanto um tipo de célula bipolar se conecta a filamentos de células amácrinas próximas ao corpo celular, outro tipo faz isso a uma distância maior ao longo da extensão dos filamentos. Mais importante: as células bipolares que se conectam mais perto dos corpos de células amácrinas dendríticas são conhecidas por retransmitirem suas mensagens com um lapso de tempo, enquanto as outras as transmitem imediatamente.

Devido ao atraso no primeiro tipo de conexão, sinais que atingem dois pontos próximos na retina em dois momentos ligeiramente diferentes, como aconteceria quando um objeto se move através do campo visual, poderiam alcançar simultaneamente o mesmo filamento de células amácrinas.

Os autores sugerem que isso poderia explicar como a retina detecta movimentos: a célula amácrina talvez só reaja quando recebe essa informação combinada, sinalizando que algo está se movendo na direção do filamento. Estímulos que não se deslocam na direção do filamento produzirão impulsos que chegam à célula amácrina em momentos distintos, para que ela não responda.

Sebastian Seung, um neurocientista computacional do MIT e autor sênior do estudo, adverte que os resultados devem ser interpretados com cautela. Embora ele e seus colegas tenham ajudado a lançar luz sobre a anatomia da retina, apenas experimentos reais podem provar conclusivamente que o sistema funciona como sugere o modelo deles.

“Agora estamos repassando isso a fisiologistas. Eles podem testar a hipótese facilmente”.

“Este é um artigo científico muito bom, que apresenta uma previsão muito clara e verificável sobre a computação direcional seletiva na retina”, elogia Botond Roska, um neurocientista do Instituto Friedrich Miescher de Pesquisa Biomédica em Basileia, na Suíça. “É uma idéia empolgante e aposto que ela será seguida por pesquisas de muitos laboratórios para tentar testar essa hipótese”.

Seung acrescenta que o diagrama só representa uma pequena proporção do número total de conexões na retina. “Provavelmente há outros neurônios que fazem parte desse circuito de detecção de movimento”, pondera. “Precisamos mapear esses também e futuramente reconstruir todo o chamado “conectoma” (o mapa das conexões neurais no cérebro) da retina”.

Este artigo foi reproduzido com permissão na revista Nature. O artigo foi originalmente publicado em 4 de maio de 2014.

Sciam, 5 de maio de 2014

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