Decifrando como o cérebro codifica cor e forma

Decifrando como o cérebro codifica cor e forma

Estudo de Salk revela como o cérebro processa o mundo externo usando circuitos visuais sobrepostos

LA JOLLA—Existem centenas de milhares de cores e formas distintas que uma pessoa pode distinguir visualmente, mas como o cérebro processa toda essa informação? Os cientistas acreditavam anteriormente que o sistema visual inicialmente codifica forma e cor com diferentes conjuntos de neurônios e depois os combina muito mais tarde. Mas um novo estudo dos pesquisadores do Salk, publicado na Ciência em 27 de junho de 2019, mostra que existem neurônios que respondem seletivamente a combinações específicas de cor e forma.

“Novos sensores genéticos e tecnologias de imagem nos permitiram testar mais detalhadamente a ligação entre os circuitos visuais que processam cor e forma”, diz Edward Callaway, autor sênior e professor do Laboratório de Neurobiologia de Sistemas de Salk. “Essas descobertas fornecem informações valiosas sobre como os circuitos visuais são conectados e organizados no cérebro.”

Semelhante a um sensor de câmera digital, as células sensíveis à luz no olho (fotorreceptores) detectam comprimentos de onda de luz dentro de intervalos específicos e em locais específicos. Essa informação então viaja pelo nervo óptico até os neurônios no córtex visual que interpretam a informação e começam a decifrar o conteúdo da imagem. Os cientistas há muito pensavam que a cor e a forma eram extraídas separadamente e depois combinadas apenas nos centros cerebrais mais elevados, mas a nova pesquisa de Salk mostra que elas são combinadas muito antes.

“O objetivo do nosso estudo foi entender melhor como o sistema visual processa cores e formas de estímulos visuais”, diz o co-primeiro autor Anupam Garg, que é aluno de MD/PhD da Universidade da Califórnia em San Diego no laboratório da Callaway. “Queríamos aplicar novas técnicas de imagem para responder a essas questões de longa data sobre o processamento visual”.

Os pesquisadores usaram tecnologia de imagem combinada com sensores geneticamente expressos para estudar a função de milhares de neurônios individuais envolvidos no processamento de cores e formas no córtex visual primário. Durante longos períodos de gravação, cerca de 500 combinações possíveis de cor e forma foram testadas para encontrar o estímulo que melhor ativava cada neurônio visualmente responsivo.

A equipe descobriu que os neurônios visuais respondiam seletivamente à cor e à forma ao longo de um continuum – enquanto alguns neurônios eram ativados apenas por uma cor ou forma específica, muitos outros neurônios respondiam a uma cor e forma específicas simultaneamente, ao contrário das noções de longa data sobre como funciona o processamento visual.

“Nosso cérebro codifica informações visuais com eficiência usando circuitos projetados de maneira inteligente. Ao contrário do que é ensinado em sala de aula – que cor e forma são processadas separadamente no córtex visual inicial e posteriormente integradas por mecanismos desconhecidos – o cérebro codifica cor e forma juntas de maneira sistemática”, diz Peichao Li, coautor do estudo. e pós-doutorado no laboratório Callaway.

“Nos últimos 20 anos, eu queria saber como o sistema visual processa a cor, então essa descoberta é realmente empolgante para mim”, diz Callaway, que ocupa a cadeira Vincent J. Coates em neurobiologia molecular. “Esta descoberta estabelece uma base para a compreensão de como os circuitos neurais fazem os cálculos que levam à visão de cores. Estamos ansiosos para desenvolver essas descobertas para determinar como os neurônios no córtex visual trabalham juntos para extrair cores e formas”.

Outros autores incluíram Mohammad S. Rashid de Salk.

O trabalho foi financiado por bolsas do National Institutes of Health (EY022577, NS105129 e EY028084), Gatsby Charitable Trust e Pioneer Fund.

DOI: 10.1126/science.aaw5868