Distinguir entre dois pássaros de uma pena

7 de agosto de 2008

Distinguir entre dois pássaros de uma pena

7 de agosto de 2008

La Jolla, CA - O entusiasta dos pássaros que narrou as aventuras de um bando de conures ruivas em seu livro "The Wild Parrots of Telegraph Hill" conhece a maioria dos papagaios pelo nome, mas a maioria de nós teria dificuldade em dizer um pássaro de outro. Embora se saiba há muito tempo que podemos ficar profundamente sintonizados com o ambiente do dia-a-dia, o mecanismo neural subjacente tem sido menos claro.

Agora, uma colaboração entre pesquisadores do Salk Institute for Biological Studies e do Weill Cornell Medical College revelou que as células cerebrais que processam informações visuais ajustam suas propriedades de filtragem para dar mais sentido às informações recebidas.

“Somos melhores em discriminar as características faciais típicas de nossos vizinhos e, se forem papagaios, nos tornamos muito bons em reconhecer pássaros individuais”, explica. Tatiana Sharpe, Ph.D., professor assistente no Laboratório de Biologia Computacional e principal autor do estudo atual, que foi publicado na edição online de 5 de agosto do Journal of Computational Neuroscience.

Os neurobiólogos estão em uma busca constante para entender como o cérebro codifica e processa informações. No passado, eles dependiam de objetos simplificados na tela de um computador ou de estímulos aleatórios para obter informações sobre como funciona o circuito visual do cérebro. “Em última análise, estamos interessados ​​no que acontece num ambiente natural”, explica Sharpee, “mas algumas questões requerem mais controlo sobre as propriedades dos estímulos visuais do que uma imagem de uma cena natural permitiria”.

Os neurônios do córtex visual primário só respondem quando um estímulo aparece dentro de uma janela que cobre uma pequena parte do campo visual que o olho vê. Essa janela é conhecida como “campo receptivo” do neurônio. Sempre que um estímulo entra no campo receptivo do neurônio, a célula produz uma saraivada de picos elétricos, conhecidos como “potenciais de ação”, que podem ser registrados.

Mas esses neurônios não reagem a nada. Em vez disso, eles são altamente especializados e só podem “ver” um único atributo, como cor, movimento ou um padrão de luminância específico. Ao medir os potenciais de ação de um determinado neurônio em resposta a estímulos visuais aleatórios, os pesquisadores podem inferir o perfil de seu campo receptivo.

Mas cada vez mais evidências sugerem que este quadro simples está incompleto. “A resposta dos neurônios individuais pode ser fortemente influenciada por estímulos simples no entorno do campo receptivo, um fenômeno conhecido como modulação contextual”, explica Sharpee.

Para desvendar como a modulação contextual molda o perfil aparente de neurônios especializados no reconhecimento de padrões de luminância, Sharpee se uniu a Jonathan D. Victor, Ph.D., Fred Plum Professor de Neurologia e Neurociência no Weill Cornell Medical College em Nova York. O estudo utilizou dois conjuntos de estímulos visuais que foram introduzidos pela primeira vez na neurofisiologia por Victor. Esses estímulos combinam em tamanho, contraste e luminância, mas diferem em estatísticas de ordem superior, levando a padrões orientados em forma de tabuleiro de xadrez em um caso e padrões de cata-vento no outro (ver imagem). As respostas dos neurônios individuais aos padrões individuais foram registradas no laboratório de Victor.

Usando metodologias complementares desenvolvidas pelos dois autores, que são líderes na aplicação da teoria da informação para extrair significado de uma cacofonia de sinais, eles então analisaram o código em busca de mudanças sistemáticas e dependentes do contexto nas respostas dos neurônios. Talvez não surpreendentemente, eles descobriram que os componentes maiores do campo receptivo eram mais suscetíveis à modulação contextual e se ajustavam mais do que os menores.

Mas, mais importante, eles descobriram que os componentes simétricos ímpares induziam mudanças sistemáticas em toda a população de neurônios na área V1 do córtex visual, enquanto os componentes simétricos pares não.

Componentes de simetria ímpar são padrões que se transformam em seus opostos quando girados em 180 graus, como uma barra branca e uma barra preta dispostas paralelamente uma à outra. Os componentes simétricos pares (como uma barra branca entre duas barras pretas) permanecem inalterados com esta rotação.

“O contexto é uma parte importante de como percebemos os estímulos visuais”, diz Sharpee, “e estes resultados mostram como os neurónios individuais podem ajustar as suas propriedades em diferentes ambientes naturais, como numa praia ou numa floresta”.

A pesquisa foi apoiada por uma bolsa da Swartz Foundation e do National Institutes of Health.

O Salk Institute for Biological Studies em La Jolla, Califórnia, é uma organização independente sem fins lucrativos dedicada a descobertas fundamentais nas ciências da vida, à melhoria da saúde humana e ao treinamento de futuras gerações de pesquisadores. Jonas Salk, MD, cuja vacina contra a poliomielite praticamente erradicou a doença incapacitante poliomielite em 1955, abriu o Instituto em 1965 com uma doação de terras da cidade de San Diego e o apoio financeiro da March of Dimes.