Cientistas da Salk mapeiam as fronteiras da visão

Cientistas da Salk mapeiam as fronteiras da visão

O estudo pioneiro da visão em camundongos ajudará a revolucionar o estudo da função cerebral e das doenças mentais

LA JOLLA, CA—Existe um mundo 3-D em nossos cérebros. É uma paisagem que imita o mundo exterior, onde os objetos que vemos existem como coleções de circuitos neurais e impulsos elétricos.

Agora, os cientistas do Salk Institute for Biological Studies estão usando novas ferramentas que desenvolveram para mapear esse mundo, um passo fundamental para revolucionar a pesquisa sobre a base neurológica da visão.

Pela primeira vez, os cientistas produziram mapas neurônio por neurônio das regiões do cérebro do camundongo que processam diferentes tipos de informação visual, estabelecendo as bases para decodificar os circuitos do cérebro usando técnicas de pesquisa genética de ponta, apenas possíveis. Em ratos.

“No campo da pesquisa cognitiva, isso coloca o mouse no mapa – colocando o mapa no mouse”, diz James Marshel, pesquisador associado da Salk. Marshel e Marina Garrett, uma estudante de pós-graduação da Universidade da Califórnia em San Diego, foram os principais autores de um artigo relatando o avanço na edição de 22 de dezembro da Neurônio.

Para entender os cálculos extraordinariamente complexos do cérebro humano, incluindo aqueles por trás da cognição visual, os cientistas se basearam principalmente em estudos de primatas, como macacos, nossos parentes mais próximos no reino animal e os mais parecidos conosco em termos de capacidade cognitiva.

Os pesquisadores identificaram quais partes do cérebro dos primatas processam diferentes aspectos da informação sensorial que coletam do mundo exterior. Em particular, sabe-se muito sobre quais regiões do cérebro dos primatas processam certas informações visuais, ajudando-os a identificar objetos e seguir seus movimentos no espaço tridimensional.

“Aprendemos muito sobre como nossos olhos transmitem informações para nossos cérebros, e uma grande parte de nosso cérebro é dedicada a processar essas informações”, diz Edward Callaway, um professor da Salk's Laboratório de Neurobiologia de Sistemas, cujo laboratório realizou a pesquisa. “A visão é um sistema fantástico para entender como o cérebro funciona e, em última análise, para estudar doenças mentais e consciência.”

Estão surgindo novas e poderosas ferramentas científicas que podem permitir aos cientistas entender melhor o cérebro humano, estudando os cérebros relativamente mais simples dos camundongos. Esses métodos permitem que os cientistas alterem os genes, as instruções no DNA que controlam o comportamento das células – incluindo os neurônios que formam os circuitos cerebrais. Ao usar métodos genéticos para mapear as conexões cerebrais e controlar a atividade das células, os cientistas esperam gerar diagramas de fiação detalhados do cérebro e investigar como esses circuitos funcionam.

“Embora os camundongos não possam substituir o trabalho que está sendo feito em macacos, essas técnicas de pesquisa estão muito mais avançadas em camundongos do que em macacos”, diz Callaway. “A capacidade de modificar a atividade neural usando ferramentas genéticas e estudar as mudanças resultantes na atividade cerebral e nervosa está revolucionando a neurociência.”

Embora tais técnicas de engenharia genética em camundongos ofereçam enorme potencial, pouco se sabia sobre quais áreas do córtex visual do camundongo – a região cerebral de alto nível que calcula o significado dos sinais dos olhos – eram responsáveis ​​pelo processamento de diferentes elementos da informação visual.

Para remediar isso, Callaway e seus colegas começaram a traçar um mapa do sistema de processamento visual do mouse. Eles injetaram em ratos um corante fluorescente sensível ao cálcio que brilha quando exposto a uma certa cor de luz. A quantidade de cálcio nas células nervosas varia de acordo com o nível de atividade dos neurônios, então os cientistas puderam medir a atividade das células cerebrais com base em quão intensamente elas brilhavam.

Os cientistas exibiram diferentes tipos de estímulo visual em um monitor de televisão e registraram quais partes do cérebro brilhavam. Para fazer as gravações, eles usaram uma câmera de alta resolução capaz de discernir a atividade de células nervosas individuais.

Eles descobriram que o campo visual de um camundongo, a área do espaço tridimensional visível através de seus olhos, é representado por uma coleção correspondente de neurônios em seu cérebro. Os pesquisadores registraram com precisão quais neurônios estavam associados a qual área do campo visual do animal.

Os cientistas estudaram sete áreas diferentes do córtex visual do animal contendo “mapas” neuronais completos do mundo exterior visível e descobriram que cada área tem um papel especializado no processamento de informações visuais. Por exemplo, certas áreas eram mais sensíveis à direção em que os objetos se movem no espaço, enquanto outras áreas eram focadas em distinguir detalhes finos.

Com esses mapas da função cerebral em mãos, os pesquisadores de Salk e outros agora têm uma linha de base com a qual podem comparar a função cerebral de camundongos nos quais a função do circuito é manipulada usando métodos genéticos. Em última análise, diz Callaway, entender em detalhes como o cérebro do rato funciona iluminará o funcionamento da mente humana.

“Isso nos dá novas maneiras de explorar os fundamentos neurais da consciência e identificar o que está errado nos circuitos neurais no caso de doenças como esquizofrenia e autismo”, disse Callaway.

Sobre o Salk Institute for Biological Studies:
O Salk Institute for Biological Studies é uma das mais proeminentes instituições de pesquisa básica do mundo, onde professores de renome internacional investigam questões fundamentais das ciências da vida em um ambiente único, colaborativo e criativo. Com foco na descoberta e na orientação de futuras gerações de pesquisadores, os cientistas da Salk fazem contribuições inovadoras para nossa compreensão do câncer, envelhecimento, Alzheimer, diabetes e doenças infecciosas, estudando neurociência, genética, biologia celular e vegetal e disciplinas relacionadas.

As realizações do corpo docente foram reconhecidas com inúmeras honras, incluindo Prêmios Nobel e associações na Academia Nacional de Ciências. Fundado em 1960 pelo pioneiro da vacina contra a poliomielite Jonas Salk, MD, o Instituto é uma organização independente sem fins lucrativos e um marco arquitetônico.

Para mais informações:
Neurônio
Autores: James H. Marshel, Marina E. Garrett, Ian Nauhaus e Edward M. Callaway
Especialização Funcional das Áreas Corticais Visuais do Seven Mouse