Dilatação da pupila: uma janela para a percepção

Os olhos são muitas vezes referidos como as “janelas da alma”. Na verdade, há um grão de verdade neurobiológica nisso. Uma equipe de pesquisa internacional das Universidades de Göttingen e Tübingen, na Alemanha, e Baylor College of Medicine em Houston, agora são capazes de fornecer respostas sobre por que o tamanho da pupila é influenciado não apenas por estímulos sensoriais como a luz, mas também por nosso estado interno, como como medo, excitação ou atenção.

As descobertas, que aparecem na edição atual do Naturezaajudam a explicar se essas mudanças rápidas e dependentes do estado no tamanho da pupila, encontradas não apenas em humanos, mas também em outros vertebrados, afetam a maneira como percebemos nosso ambiente.

Inteligência artificial para análise de dados

Os pesquisadores começaram seu trabalho investigando como as mudanças dependentes do estado no tamanho da pupila afetaram a visão dos camundongos.

“Enquanto os olhos convertem a luz em atividade neuralé o cérebro que é crucial para a interpretação de cenas visuais”, disse a Dra. Katrin Franke, líder do grupo de pesquisa do Instituto de Pesquisa em Oftalmologia da Universidade de Tübingen e primeira autora do estudo.

Em seus experimentos, os pesquisadores mostraram a camundongos diferentes imagens coloridas e registraram a atividade de milhares de neurônios individuais dentro do córtex visual, uma área cerebral particularmente relevante para a percepção visual. Com base nessas gravações, eles usaram redes neurais para criar um modelo de computador como um gêmeo digital do córtex, simulando as respostas de um grande número de neurônios no cérebro. Eles então usaram esse modelo de computador para identificar o estímulo visual ideal de luz para cada neurônio, significando a “imagem favorita” de cada neurônio.

Efeitos na percepção visual

Este modelo revelou algo bastante interessante: quando os camundongos dilataram suas pupilas devido a um estado mental alerta, a sensibilidade à cor dos neurônios mudou de verde para azul em segundos, o que significa que os neurônios eram mais sensíveis ao verde em um estado de silêncio e se tornavam mais UV sensível em um estado ativo.

Isso foi particularmente verdadeiro para os neurônios que amostram estímulos do hemisfério superior usados ​​para observar o céu. Em experimentos subsequentes, eles puderam verificar que isso também acontece nos neurônios biológicos reais.

Com a ajuda de colírios que dilatam a pupila, os pesquisadores conseguiram simular a maior sensibilidade à luz azul, mesmo para um estado cerebral tranquilo.

“Esses resultados demonstram claramente que a dilatação da pupila devido a um estado cerebral alerta pode afetar diretamente a sensibilidade visual e provavelmente a percepção visual também. O mecanismo aqui é que uma pupila maior deixa mais luz no olho, recrutando diferentes tipos de fotorreceptores em nossa retina e alterando indiretamente a sensibilidade à cor no córtex visual”, disse Franke.

Mas quais são os benefícios dessa mudança na sensibilidade visual? Konstantin Willeke, co-primeiro autor do estudo e membro do grupo de pesquisa liderado pelo professor adjunto de neurociência da Baylor Dr. Fabian Sinz, disse: “Fomos capazes de mostrar que a maior sensibilidade neuronal a luz azul provavelmente ajuda os ratos a reconhecer melhor os predadores contra um céu azul.”

o modelo de computador que os pesquisadores criaram também podem ser úteis de várias maneiras. Os pesquisadores esperam que outros possam usar esse modelo para mais experimentos para entender o processamento visual.

“Combinar alto rendimento dados experimentais com a modelagem de IA está abrindo uma nova era na pesquisa em neurociência. Eles nos permitem extrair gêmeos digitais precisos do mundo real sistemas biológicos a partir de dados”, disse Sinz, que atualmente é professor da Universidade de Göttingen e um dos principais pesquisadores do estudo. “Com esses gêmeos digitais, podemos realizar um número essencialmente ilimitado de experimentos em um computador. Em particular, podemos usá-los para gerar hipóteses muito específicas sobre o sistema biológico que podemos verificar em experimentos fisiológicos.”

Dr. Andreas Tolias, também investigador principal do estudo e professor e diretor do Centro de Neurociência e Inteligência Artificial de Baylor, disse: “A descoberta de que mudanças relacionadas ao estado do cérebro em tamanho da pupila afetar a sensibilidade visual tem implicações para nossa compreensão da visão muito além da detecção de predadores em camundongos. Agora surgem outras questões de pesquisa sobre como a percepção em vários outros animais é influenciada por esse efeito. As pupilas em nossos olhos podem, portanto, não apenas ser uma janela para a alma, mas também mudar a maneira como percebemos o mundo de momento a momento, dependendo de nosso estado de espírito interior.”