23 de Setembro de 2009
LA JOLLA, CA—O cérebro nunca fica ocioso. Estejamos acordados ou dormindo, assistindo TV ou fechando os olhos, ondas de sinais nervosos espontâneos passam por nossos cérebros. Pesquisadores do Instituto Salk de Estudos Biológicos que estudam a atenção visual descobriram um novo mecanismo que explica como os sinais sensoriais recebidos se fazem ouvir em meio aos constantes ruídos de fundo, para que possam ser processados e transmitidos de maneira confiável.
“Vivemos com a ilusão de que nosso sistema visual processa todas as informações disponíveis na cena visual em um único vislumbre”, diz John H. Reynolds, Ph.D., professor associado do Laboratório de Neurobiologia de Sistemas do Instituto Salk e autor sênior do estudo atual. "Na realidade, há demasiados detalhes numa cena típica para que o sistema visual os possa captar de uma só vez. Portanto, a nossa percepção do mundo que nos rodeia é, de certo modo, montada a partir daquilo a que prestamos atenção."
Os pesquisadores já sabiam há algum tempo que prestar atenção aos detalhes visuais aumenta a taxa de disparo de neurônios sintonizados para estímulos atendidos. Até agora, supunha-se que esses aumentos dependentes da atenção na atividade neural eram a principal causa da melhora na discriminação perceptiva que experimentamos quando nos concentramos em um estímulo sensorial.
As descobertas dos pesquisadores de Salk, publicadas na edição de 24 de setembro de 2009 da revista Neurônio, revelam que o aumento na taxa de disparos é apenas uma pequena parte da história. “O que descobrimos é que a atenção também reduz a atividade de fundo”, diz o pesquisador de pós-doutorado e primeiro autor Jude Mitchell, Ph.D. "Estimamos que esta redução de ruído aumenta a fidelidade do sinal neural por um fator que é até quatro vezes maior que a melhoria causada pelos aumentos dependentes da atenção na taxa de disparo. Esta redução no ruído pode ser responsável por até 80 % da história de atenção."
Quando a luz atinge a retina, a informação visual é traduzida numa cascata de impulsos nervosos que enviam sinais profundamente para o cérebro. É aqui, no córtex visual do cérebro, que reside no lobo occipital, na parte posterior do crânio, que esses sinais são interpretados e dão origem à percepção. Mas o sistema visual tem capacidade limitada e não consegue processar tudo o que cai na retina. Em vez disso, o cérebro depende da atenção para colocar em foco detalhes de interesse, para que possa selecioná-los da confusão de fundo.
Em seu estudo, Reynolds, Mitchell e a ex-aluna de pós-graduação Kristy Sundberg perguntaram se a atenção, que desliga com tanta eficiência as distrações externas, faz o mesmo com a agitação interna. A atenção geralmente aumenta a taxa de disparo dos neurônios responsivos: quanto mais forte o estímulo, mais impulsos são enviados por segundo, o que melhora um pouco a qualidade do sinal. “É um pouco como aumentar o volume de muito baixo para alto em um aparelho de som”, diz Reynolds. "Você não ouve muito claramente em volume baixo, não apenas porque o sinal é fraco, mas porque o ruído ambiente está mascarando o estímulo. À medida que você aumenta o volume, o sinal fica mais claro."
Mas mesmo nas condições laboratoriais mais controladas, as respostas evocadas por estímulos repetidos de forma idêntica variam de tentativa para tentativa. “Os neurônios são dispositivos de computação muito barulhentos”, diz Mitchell. "Cada neurônio recebe informações de milhares de neurônios e precisa distinguir a informação recebida do ruído de fundo."
Se cada neurônio produzisse ruído aleatório independente do que seu neurônio vizinho está fazendo, a célula cerebral na extremidade receptora poderia simplesmente agrupar todos os sinais recebidos e calcular a média do ruído. Reynolds compara isso à diversificação do risco em uma carteira de ações: “Se você tem uma carteira de ações cujos preços variam de forma independente, você pode reduzir as flutuações dividindo seu investimento entre um grande conjunto de ações”.
Infelizmente, para os neurónios esta opção está fora de questão, uma vez que grande parte do ruído de fundo do cérebro tem origem em ondas de sinais nervosos espontâneos que ondulam através de grandes populações de células cerebrais. Diz Mitchell: “Essas flutuações não podem ser simplesmente calculadas em média, uma vez que são compartilhadas por toda a população neural”. Para ampliar a analogia do investimento, digamos que você coloque seu dinheiro em um conjunto de investimentos imobiliários. A sua carteira está sujeita a flutuações no mercado imobiliário – as flutuações correlacionadas nos valores dos investimentos individuais – independentemente do tamanho do pool.
Mas uma coisa interessante aconteceu quando os pesquisadores mediram a atividade de uma grande população de neurônios visuais em animais treinados para jogar um simples videogame que exigia muita atenção a um estímulo visual na tela. As flutuações internas ou ruído compartilhado diminuíram, aumentando a visibilidade das informações sensoriais recebidas.
“A atenção é uma parte essencial da percepção”, diz Reynolds. "Os distúrbios cerebrais nos quais a atenção falha têm, portanto, efeitos devastadores. Obter insights sobre os mecanismos neurais da atenção é essencial se quisermos compreender as causas desses déficits perceptivos e encontrar maneiras de tratá-los. Ao revelar um novo e importante mecanismo de atenção, Jude demos um grande passo em direção à compreensão dos mecanismos neurais da percepção consciente."
Este trabalho foi apoiado em parte pelos Institutos Nacionais de Saúde e pela National Science Foundation.
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