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Para células cerebrais sensíveis à visão no córtex visual de um macaco, essa resposta depende se os dígitos estão próximos uns dos outros ou parcialmente sobrepostos.
Um novo estudo da Duke University descobriu que neurônios individuais que transmitem informações visuais sobre dois objetos separados à vista o fazem alternando sinais sobre um ou outro. Quando dois objetos se sobrepõem, no entanto, as células cerebrais os detectam como uma única entidade.
O novo relatório sai em 29 de novembro na revista eLife.
As descobertas ajudam a expandir o que se sabe sobre como o cérebro dá sentido ao seu mundo complicado e agitado. A maioria das pesquisas sobre processamento sensorial, seja sons ou imagens, estabelece um nível muito baixo ao testar como as células cerebrais reagem a um único tom ou imagem.
“Há muitas razões para manter as coisas simples no laboratório”, disse Jennifer Groh, Ph.D., membro do corpo docente do Duke Institute for Brain Sciences e autora sênior do novo relatório. “Mas isso significa que não estamos muito longe na compreensão de como o cérebro codifica mais de uma coisa de cada vez.”
Dar sentido a informações sensoriais complicadas é uma espécie de especialidade para Groh. Em 2018, seu laboratório foi o primeiro a mostrar que células cerebrais auditivas únicas transmitem com eficiência informações sobre dois sons diferentes usando algo chamado multiplexação.
“Multiplexação é uma ideia que vem da engenharia”, disse Groh. “Quando você tem um fio e muitos sinais, pode trocá-los, como se fosse uma linha telefônica.”
A tecnologia de telecomunicações funciona alternando rapidamente entre a transmissão de informações de uma chamada telefônica e outra usando apenas um fio. No cérebro, a mudança provavelmente está acontecendo muito mais lentamente, disse Groh, mas a ideia geral é semelhante.
Na Young Jun, um estudante de pós-graduação em neurobiologia na Duke e principal autor do artigo, aprendeu sobre como os neurônios auditivos fazem esse truque de fiação telefônica durante uma palestra que Groh deu como parte de um curso de treinamento em neurociência.
“Achei o conceito de multiplexação fascinante”, disse Jun. “Eu queria conversar mais com a Dra. Groh sobre isso, então fui ao escritório dela e acabei trabalhando em seu laboratório.”
Durante seu tempo no laboratório de Groh, Jun recebeu um valioso conjunto de dados da colaboradora de Groh, Marlene Cohen, Ph.D., professora de neurobiologia na Universidade de Chicago e co-autora do artigo. O grupo de Cohen coletou dados de atividade cerebral de macacos enquanto assistiam a imagens em uma tela em um esforço para estudar a atenção.
“Coletar dados de macacos é super difícil”, disse Jun. “Pode levar sete anos da vida de um estudante de pós-graduação para coletar apenas alguns gigabytes de dados.”
O conjunto de dados compartilhado provou ser tão eficiente quanto as células cerebrais que Jun então analisou.
Com a ajuda da colaboradora de Groh, Surya Tokdar, Ph.D., professora de ciências estatísticas na Duke e coautora do artigo, Jun descobriu que um subconjunto de células no córtex visual, considerado uma região cerebral de “ordem superior” no via de processamento visual, alterne entre relatórios em duas imagens diferentes entre os testes.
“Digamos que você tenha um neurônio do córtex visual”, disse Jun. “Quando ele vê apenas uma mochila, dispara 20 vezes por segundo. Quando vê apenas uma xícara de café, dispara cinco vezes por segundo. Mas quando esse mesmo neurônio vê a mochila e a xícara de café lado a lado, ele alterna os disparos 20 vezes por segundo e cinco vezes por segundo.”
No entanto, se dois objetos se sobrepõem, como colocar uma xícara de café na frente de uma mochila, as células cerebrais disparam da mesma forma cada vez que os objetos eclipsantes são apresentados. Isso sugere que os neurônios tratavam as imagens sobrepostas como um único objeto, em vez de objetos separados.
Embora o mundo real seja muito mais movimentado do que apenas dois objetos lado a lado, este trabalho começa a mover a pesquisa sensorial para refletir melhor a percepção cotidiana do cérebro.
“Considerar como o cérebro preserva informações sobre dois estímulos visuais apresentados ainda está muito longe de entender como a miríade de detalhes presentes em uma cena natural é codificada”, escrevem Jun e seus coautores em seu relatório. “Ainda são necessários mais estudos para esclarecer como nossos cérebros operam fora do ambiente rarefeito do laboratório.”
O apoio à pesquisa veio dos Institutos Nacionais de Saúde dos EUA (R00EY020844; R01EY022930; Core Grant P30 EY008098s; R01DC013906; R01DC016363), McKnight Foundation, Whitehall Foundation, Sloan Foundation e Simons Foundation.
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