Estudo sobre macacos esclarece a percepção do cérebro sobre imagens estáticas

Podemos não perceber, mas nossos olhos fazem movimentos rápidos constantemente – dois a três por segundo – mesmo quando olhamos para o mesmo lugar. No entanto, apesar destes movimentos oculares frequentes, ainda percebemos o que vemos como um todo estável.

Como exatamente nossos olhos e cérebros trabalham juntos para que isso aconteça? Neurobiólogos da Harvard Medical School (HMS) encontraram agora pistas intrigantes sobre esta questão, que cativou os investigadores da visão em todo o mundo.

O estudo, feito em macacos e publicado em 29 de abril no Neurociência da Natureza, revelou que certos neurônios visuais no cérebro simplesmente veem o que está diante dos olhos, em tempo real – um afastamento do pensamento anterior de que os neurônios usam a previsão de imagens futuras ou a análise de imagens passadas para alcançar estabilidade. Para fazer essa descoberta, a equipe desenvolveu novos métodos de estudo do sistema visual mais próximos do que macacos e humanos veem no dia a dia.

Embora os resultados não expliquem definitivamente como o cérebro forma imagens estáveis, eles fornecem novas pistas críticas sobre o sistema visual e abrem a porta para mais pesquisas.

Revendo teorias predominantes

Durante séculos, filósofos e cientistas perguntaram como é possível vermos o mundo como estável, embora os nossos olhos estejam em constante movimento.

“Há uma longa história de investigação sobre este tema, mas ainda está em grande parte sem solução”, disse o autor principal Will Xiao, investigador em neurobiologia no Instituto Blavatnik do HMS. “Achei que esta era uma questão filosófica e perceptiva fascinante que poderíamos estudar no sistema visual dos macacos.”

Xiao descreveu duas ideias dominantes para explicar esta estabilidade: os neurônios no cérebro podem prever a próxima imagem com base em onde o cérebro está dizendo aos olhos para se moverem, ou os neurônios podem comparar a nova imagem com uma anterior para detectar alterações. Em ambos os casos, os neurônios usariam essas informações adicionais – futuras ou passadas – para construir uma imagem estável.

Comparados aos camundongos ou ratos, os macacos têm um sistema visual mais semelhante ao dos humanos e ocupa grande parte do cérebro. Como resultado, os macacos são os melhores sujeitos de estudo para obter conhecimentos sobre o sistema visual que são relevantes para os humanos.

No estudo, os pesquisadores analisaram a atividade neural em macacos durante uma tarefa visual. Durante cada sessão, um macaco sentava-se em uma cadeira e olhava para uma tela que mostrava uma sequência de fotos variadas do mundo real. O animal olhou cada foto por uma média de dois segundos – cerca de cinco a seis fixações oculares – e a sessão terminou quando o macaco decidiu parar de participar.

Enquanto um macaco olhava as fotos, os pesquisadores traçaram a atividade neural em uma região visual chamada via ventral. Esta região, dividida em várias áreas menores, processa informações visuais detalhadas, como forma ou cor, para ajudar o cérebro a reconhecer e categorizar objetos.

“Nosso estudo é naturalista; os macacos não precisam ser treinados – eles naturalmente olham ao redor e exploram imagens interessantes, o que nos permitiu coletar um conjunto muito grande de dados”, explicou Xiao.

No total, 13 macacos visualizaram milhares de fotos, enquanto os pesquisadores registraram 883 horas de atividade neural.

Com base nessas gravações, os pesquisadores descobriram que os neurônios da via ventral não preveem imagens futuras nem se lembram de imagens passadas. Em vez disso, eles simplesmente percebem qualquer imagem que esteja diretamente à sua frente em tempo real – algo que os pesquisadores chamam de “centramento no olho”.

“Basicamente, cada neurônio tem visão em túnel – como se você estivesse olhando através de um furo em um pedaço de papel – e quando o olho se move, o neurônio é puxado para uma nova posição e só vê a partir da nova posição”, disse Xiao.

O trabalho também representa um avanço importante na forma como a pesquisa sobre visão pode ser feita. Estudos anteriores focaram na presença ou ausência de imagens simples, como formas básicas, texturas ou objetos isolados. Por outro lado, Xiao e colegas apresentaram aos macacos fotos detalhadas de paisagens, animais, pessoas e outras cenas. Como essas fotos são mais realistas, a equipe poderia construir e testar teorias sobre como os neurônios responderiam ao ambiente do mundo real com múltiplos objetos.

As descobertas não explicam completamente como os neurônios no cérebro criam uma imagem estável do mundo, mas abrem caminho para estudos mais naturalistas sobre o tema. Os investigadores planeiam usar os seus métodos para estudar como os neurónios noutras regiões do cérebro podem integrar informações espaciais e visuais – incluindo regiões que processam o movimento e coordenam a visão com as ações. A equipe também usará esses métodos para estudar o sistema visual em macacos durante comportamentos diários normais.

Além de compreender a biologia básica do sistema visual, a pesquisa poderá algum dia ter implicações para pessoas que sofrem perda de visão devido a um acidente ou doença.

A retina, explicou Xiao, é um órgão altamente complexo que recebe e transmite grandes quantidades de informações, como um dispositivo de alta largura de banda. Assim, existem grandes desafios que surgem com a substituição total da retina como estratégia para restaurar a visão. Uma estratégia alternativa é replicar uma região visual de ordem superior, como a via ventral, que já processou e integrou grande parte da informação recolhida pela retina.

“A visão de alto nível já lida com objetos inteiros, então potencialmente será necessário instalar menos alavancas para restaurar a percepção visual – o que pode tornar esta abordagem mais viável”, disse Xiao.