Neurocientistas da Universidade de Columbia descobriram circuitos de células cerebrais em moscas-das-frutas que transformam dados sensoriais brutos em percepções de cores. Este estudo destaca como o cérebro constrói cores a partir de comprimentos de onda de luz e identificou neurônios específicos responsáveis pela seletividade de matiz, vital para a sobrevivência de certas espécies. Crédito: SciTechDaily.com
O estudo da mosca da fruta revela circuitos de células cerebrais que podem estar subjacentes à forma como criaturas grandes e pequenas veem os comprimentos de onda da luz como matizes ricos em informação.
Perceber algo – qualquer coisa – em seu ambiente significa tomar consciência do que seus sentidos estão detectando. Hoje, pela primeira vez, Universidade Columbia neurocientistas identificam circuitos de células cerebrais em moscas-das-frutas que convertem sinais sensoriais brutos em percepções de cores que podem orientar o comportamento.
Suas descobertas foram publicadas hoje (16 de maio) na revista Neurociência da Natureza.
“Muitos de nós não damos valor às cores ricas que vemos todos os dias – o vermelho de um morango maduro ou o castanho profundo dos olhos de uma criança. Mas essas cores não existem fora dos nossos cérebros”, disse Rudy Behnia, PhD, investigador principal do Instituto Zuckerman de Columbia e autor correspondente do artigo. Em vez disso, explicou ela, as cores são percepções que o cérebro constrói à medida que dá sentido aos comprimentos de onda mais longos e mais curtos da luz detectados pelos olhos.
A Complexidade da Percepção
“Transformar sinais sensoriais em percepções sobre o mundo é como o cérebro ajuda os organismos a sobreviver e prosperar”, disse o Dr. Behnia.
“Perguntar como percebemos o mundo parece uma pergunta simples, mas respondê-la é um desafio”, acrescentou o Dr. Behnia “Minha esperança é que nossos esforços para descobrir os princípios neurais subjacentes à percepção das cores nos ajudem a entender melhor como o cérebro extrai as características no ambiente que são importantes para sobreviver a cada dia.”
Os pesquisadores descobriram circuitos no cérebro das moscas da fruta que tornam possível a percepção das cores. Crédito: Instituto Zuckerman de Columbia
Descobertas em redes neurais de mosca-das-frutas
No seu novo artigo, a equipa de investigação relata a descoberta de redes específicas de neurónios, um tipo de célula cerebral, em moscas da fruta que respondem selectivamente a vários tons. Matiz denota as cores percebidas associadas a comprimentos de onda específicos, ou combinações de comprimentos de onda de luz, que por si só não são inerentemente coloridos. Esses neurônios seletivos de matiz ficam no lobo óptico, a área do cérebro responsável pela visão.
Entre os matizes aos quais esses neurônios respondem estão aqueles que as pessoas perceberiam como violeta e outros que correspondem aos comprimentos de onda ultravioleta (não detectáveis pelos humanos). A detecção de tons UV é importante para a sobrevivência de algumas criaturas, como abelhas e talvez moscas-das-frutas; muitas plantas, por exemplo, possuem padrões ultravioleta que pode ajudar a guiar os insetos até o pólen.
Avanços na pesquisa neurocientífica
Os cientistas já haviam relatado a descoberta de neurônios no cérebro dos animais que respondem seletivamente a diferentes cores ou matizes, por exemplo, vermelho ou verde. Mas ninguém foi capaz de rastrear os mecanismos neurais que tornavam possível essa seletividade de tonalidade.
É aqui que a recente disponibilidade de um conectoma do cérebro da mosca provou ser útil. Este intrincado mapa detalha como cerca de 130 mil neurônios e 50 milhões de sinapses no cérebro do tamanho de uma semente de papoula de uma mosca da fruta estão interconectados, disse o Dr. Behnia, que também é professor assistente de neurociência na Faculdade de Médicos e Cirurgiões Vagelos de Columbia.
Modelos Matemáticos e Circuitos Neurais
Com o conectoma servindo como referência – semelhante a uma imagem em uma caixa de quebra-cabeça servindo como um guia de como mil peças se encaixam – os pesquisadores usaram suas observações de células cerebrais para desenvolver um diagrama que suspeitavam representar o circuito neuronal por trás da seletividade de matiz. Os cientistas então retrataram esses circuitos como modelos matemáticos para simular e testar as atividades e capacidades dos circuitos.
“Os modelos matemáticos servem como ferramentas que nos permitem compreender melhor algo tão confuso e complexo como todas estas células cerebrais e as suas interligações”, disse Matthias Christenson, PhD, co-primeiro autor do artigo e antigo membro do Dr. Laboratório de Behnia. “Com os modelos, podemos trabalhar para dar sentido a toda essa complexidade.” Também contribuiu de forma crucial para o trabalho de modelagem o Dr. Larry Abbott, William Bloor Professor de Neurociência Teórica, Professor de Fisiologia e Biofísica Celular e investigador principal do Instituto Zuckerman.
O papel da recorrência na percepção das cores
A modelagem não apenas revelou que esses circuitos podem hospedar a atividade necessária para a seletividade de matiz, mas também apontou para um tipo de interconectividade célula a célula, conhecida como recorrência, sem a qual a seletividade de matiz não pode acontecer. Em um circuito neural com recorrência, as saídas do circuito voltam para se tornarem entradas. E isso sugeriu mais um experimento, disse Álvaro Sanz-Diez, PhD, pesquisador de pós-doutorado no laboratório do Dr. Behnia e outro co-primeiro autor do Neurociência da Natureza papel.
“Quando usamos uma técnica genética para interromper parte dessa conectividade recorrente no cérebro das moscas-das-frutas, os neurônios que anteriormente apresentavam atividade seletiva de matiz perderam essa propriedade”, disse o Dr. “Isso reforçou nossa confiança de que realmente havíamos descoberto os circuitos cerebrais envolvidos na percepção das cores.”
Conclusão e implicações futuras
“Agora sabemos um pouco mais sobre como a fiação do cérebro torna possível construir uma representação perceptual da cor”, disse o Dr. Behnia. “Minha esperança é que nossas novas descobertas possam ajudar a explicar como o cérebro produz todos os tipos de percepções, entre elas cor, som e sabor.”
Referência: “Seletividade de matiz de circuitos recorrentes em Drosophila” 16 de maio de 2024, Neurociência da Natureza.
DOI: 10.1038/s41593-024-01640-4
A lista de autores inclui Matthias Christenson, Álvaro Sanz-Díez, Sarah L. Heath, Maia Saavedra-Weisenhaus, Atsuko Adachi, Aljoscha Nern, Laurence F. Abbott e Rudy Behnia.
