Como é que aprendemos a compreender o mundo à nossa volta? Ao longo do tempo, o nosso cérebro constrói uma hierarquia de conhecimentos, com conceitos de ordem superior ligados às características de ordem inferior que os compõem. Por exemplo, aprendemos que os armários têm gavetas e que os dálmatas têm manchas pretas e brancas, e não o contrário. Estas interligações moldam as nossas expectativas e a nossa percepção do mundo, permitindo-nos identificar o que vemos com base no contexto e na experiência.
"Imaginemos um elefante", diz Leopoldo Petreanu, autor sénior do estudo financiado pela Fundação “la Caixa”. "Os elefantes estão associados a atributos de ordem inferior como a cor, o tamanho e o peso, bem como a contextos de ordem superior tais como a selva e os safaris. A ligação de conceitos ajuda-nos a compreender o mundo e a interpretar estímulos ambíguos. Se estivermos num safari, é mais provável vermos um elefante atrás das árvores do que se estivéssemos noutra situação. Da mesma forma, saber que se trata de um elefante faz com que seja mais provável inferirmos a sua cor como cinzenta, mesmo ao anoitecer. Mas onde é que este conhecimento prévio é armazenado no cérebro e como é que é aprendido?
O sistema visual do cérebro é constituído por uma rede de áreas que trabalham em conjunto, sendo que as áreas inferiores lidam com pormenores simples (pequenas regiões do espaço, cores, arestas) e as áreas superiores representam conceitos mais complexos (regiões maiores do espaço, animais, rostos). As células das áreas superiores enviam ligações de "feedback" para as áreas inferiores, colocando-as em posição de aprender e incorporar relações, moldadas pela experiência, entre objetos do mundo real. Por exemplo, as células que codificam um "elefante" poderão enviar feedback às células que processam características como "cinzento", "grande" e "pesado". Com isso em mente, os investigadores começaram a investigar de que forma a experiência visual influencia a organização dessas projeções de feedback, cuja função permanece em grande parte desconhecida.
"Procurámos perceber como é que estas projeções de feedback armazenam informação sobre o mundo", diz Rodrigo Dias, um dos autores do estudo. "Para isso, analisamos, em ratinhos, os efeitos da experiência visual nas projecções de feedback para uma área visual inferior, chamada V1. Criámos dois grupos de ratinhos em condições diferentes: um num ambiente normal, com exposição regular à luz, e o outro na escuridão. De seguida, observámos a forma como as ligações de feedback, e as suas células-alvo em V1, respondiam a diferentes regiões do campo visual."
Nos ratinhos do grupo colocado na escuridão, tanto as ligações de feedback, como as células em V1 diretamente por baixo delas representavam as mesmas áreas do espaço visual. Radhika Rajan, autora do estudo, continua a história: "Foi espantoso ver quão bem as representações espaciais das áreas superiores e inferiores coincidiam nos ratinhos do grupo sem luz. Isto sugere que o cérebro tem um esquema genético inerente para organizar estas ligações espacialmente alinhadas, independentemente do input visual". No entanto, nos ratinhos colocados em condições normais, estas ligações estabeleciam correspondências menos precisas, com mais ligações de feedback a transmitirem informações de áreas circundantes do campo visual.
Rajan prossegue: "Descobrimos que, com a experiência visual, o feedback fornece mais informações contextuais e novas, aumentando a capacidade das células em V1 recolherem informação vinda de uma área visual mais vasta". Este efeito dependia da origem das projeções dentro da área visual superior: as projeções de feedback das camadas mais profundas tinham maior probabilidade de transmitir informações sobre a área circundante do que as das camadas superficiais.
Além disso, a equipa descobriu que, nos ratinhos colocados em condições normais, as projeções de feedback originárias das camadas profundas para V1 organizam-se de acordo com os padrões que os animais "preferem" ver, tais como linhas verticais ou horizontais. "Por exemplo", diz Dias, "as projeções que preferem linhas verticais evitam enviar informação circundante para áreas localizadas ao longo de direções verticais. Pelo contrário, não encontrámos este tipo de enviesamento na conetividade dos ratinhos colocados no escuro."
"Isto sugere que a experiência visual desempenha um papel crucial na afinação das ligações de feedback e na modelação da informação espacial transmitida das áreas visuais superiores para as inferiores", faz notar Petreanu. "Desenvolvemos um modelo computacional que mostra como a experiência conduz a um processo de seleção, reduzindo as ligações entre o feedback e as células em V1 cujas representações se sobrepõem demasiado. Isto minimiza a redundância, permitindo que as células em V1 integrem uma gama mais diversificada de feedback".
Pode parecer contra-intuitivo, mas o cérebro poderá estar a codificar o conhecimento adquirido ligando células que representam conceitos não relacionados e que são menos suscetíveis de serem ativadas em conjunto com base em padrões do mundo real. Esta poderia ser uma forma energeticamente eficiente de armazenar informação, ao fazer com que, quando o cérebro se depara com um estímulo novo, como um elefante cor-de-rosa, as suas ligações pré-configuradas maximizem a ativação, melhorando a deteção e atualizando as previsões acerca do mundo.
A identificação desta interface cerebral, onde o conhecimento prévio é combinado com novas informações sensoriais, pode ser importante para desenvolver intervenções nos casos em que este processo de integração não funciona corretamente. Como conclui Petreanu, "pensa-se que tais desequilíbrios ocorrem em doenças como o autismo e a esquizofrenia. No autismo, os indivíduos poderão percecionar tudo como sendo novidade porque a informação prévia não é suficientemente forte para influenciar a percepção. Pelo contrário, na esquizofrenia, a informação prévia poderá ser demasiado dominante, levando a perceções que são geradas internamente e não baseadas em dados sensoriais reais. Compreender a forma como a informação sensorial e o conhecimento prévio são integrados poderá ajudar a lidar com estes desequilíbrios."
Legenda da imagem:
O conhecimento prévio que temos do mundo, neste caso, o facto de conhecermos à partida o aspeto de um dálmata, faz com que este padrão, de manchas pretas e brancas, aparentemente sem sentido, nos leve a pensar nestes cães
Artigo Científico:
Visual experience reduces the spatial redundancy between cortical feedback inputs and primary visual cortex neurons, Neuron, Volume 0, Issue 0. DOI: https://doi.org/10.1016/j.neuron.2024.07.009
Texto por Hedi Young, Editor and Science Writer da Equipa de Comunicação, Eventos & Outreach da Fundação Champalimaud.
Tradução por Ana Gerschenfeld, Health & Science Writer da Fundação Champalimaud.
