A organização funcional das células na retina é moldada por ambientes panorâmicos naturais

Os modelos neurocientíficos existentes do sistema visual sugerem que ele representa o mundo visual da mesma forma que uma câmera faria, codificando as posições de diferentes objetos de maneira semelhante. O ambiente ao redor de um animal, no entanto, muda constantemente, e essas mudanças também podem influenciar o processamento da informação visual.

Pesquisadores do Instituto de Ciência e Tecnologia na Áustria e LMU na Alemanha recentemente reuniram evidências que apóiam essa hipótese e mostram que a organização dos neurônios na retina do camundongo é afetada por estatísticas visuais panorâmicas (ou seja, visão ampla), como não uniformidades em níveis de luz. Suas descobertas, publicadas na Natureza Neurociênciapoderia contribuir significativamente para a compreensão atual do sistema visual e sua evolução.

“Uma característica fundamental de todo organismo vivo é a adaptação ao seu ambiente para sobreviver”, disse Maximillian Jösch, um dos pesquisadores que realizou o estudo, ao Medical Xpress. “Tais adaptações também devem ocorrer nos cálculos realizados pelo cérebro, por exemplo, para extrair informações relevantes e descartar informações menos críticas. Propusemos testar essa ideia aproveitando as mudanças visuais mais proeminentes observadas sistematicamente na natureza: o gradiente de luz níveis de intensidade e contraste do chão ao céu para perguntar se o sistema visual do mouse evoluiu para considerar essas restrições.”

Para examinar a organização do espaço sensorial que ativa cada neurônio na retina do camundongo (campos receptivos) em relação às cenas que os camundongos estão observando, Jösch e seus colegas desenvolveram uma nova técnica de imagem óptica. Essa técnica permite medir e rastrear a atividade de milhares de neurônios em uma única retina simultaneamente.

“Nosso método óptico funciona da seguinte forma: quando um neurônio da retina está ativo, enviando pulsos elétricos ao cérebro, os íons fluem para dentro da célula, por exemplo, cálcio”, explicou Jösch. “Podemos visualizar essa atividade adicionando um indicador fluorescente em cada neurônio. Quando o cálcio entra, a fluorescência muda. Essas mudanças na fluorescência podem ser registradas com uma câmera sensível e, com isso, podemos inferir como o neurônio responde a diferentes estímulos em toda a retina.”

Os pesquisadores conduziram seus experimentos em retinas de camundongos extraídas. Como a da maioria dos mamíferos, a retina do camundongo não inclui a pequena área conhecida como fóvea, uma pequena depressão na retina que permite que humanos e outros primatas vejam em alta definição. A fóvea, que representa menos de 1% de toda a retina humana, é conhecida por desempenhar um papel fundamental nas percepções visuais das quais os humanos estão mais conscientes. Os 99% restantes da retina humana também contribuem para as percepções visuais, das quais muitas parecem ser processos inconscientes. Assim, de uma perspectiva centrada no ser humano, este estudo enfoca o processamento que ocorre nos últimos 99%/.

Jösch e seus colegas descobriram que os cálculos realizados pelos neurônios na retina dos camundongos mudavam dependendo das estatísticas visuais panorâmicas do que essa parte da retina geralmente vê durante o dia. Isso apóia sua hipótese inicial de que o sistema visual não é inerentemente homogêneo e, de fato, está adaptado ao ambiente externo.

“Para nossa surpresa, descobrimos que os neurônios da retina são mais propensos a informar o resto do cérebro quando uma mudança de estímulo é inesperada”, disse Jösch. “É importante ressaltar que o inesperado depende de onde o neurônio olha, seja para o céu ou para o chão. Assim, os circuitos da retina adaptaram sistematicamente suas propriedades do campo visual inferior ao superior para representar o mundo com mais eficiência”.

No geral, as descobertas reunidas por esta equipe de pesquisadores sugerem que a estrutura panorâmica de cenas naturais afeta a organização de diferentes estratégias de processamento em diferentes regiões da retina. Isso expande os modelos anteriores do sistema visual, destacando sua natureza adaptativa e dinâmica.

“Geralmente assumimos que o sistema visual é homogêneo ou, em outras palavras, que o mundo visual é representado como uma câmera, medindo cada posição de maneira semelhante”, acrescentou Jösch. “No entanto, nossa ambiente natural não são semelhantes; eles mudam sistematicamente do chão para o céu. Assim, um sistema que evoluiu para viver na natureza deve considerar isso. Nossos resultados indicam que o sistema visual dos organismos vivos se adaptou para lidar com as restrições naturais para melhorar a eficiência de seu código neuronal”.

No futuro, o trabalho recente de Jösch e seus colegas pode inspirar outras equipes a examinar melhor como as estatísticas panorâmicas ou outros elementos visuais moldam a organização celular no retina para refinar nossa compreensão da visão em geral.

“Agora estamos explorando como adaptações semelhantes mudam ao mudar o contexto, por exemplo, ao se adaptar a diferentes níveis de luz que ocorrem durante o dia ou à noite”, acrescentou Jösch.

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