Imagine-se a ver um filme. As imagens em movimento que vê são, na verdade, uma série de fotogramas estáticos mostrados rapidamente. Esta é a ilusão de continuidade em ação, em que o nosso cérebro percepciona uma sequência de flashes rápidos como um movimento contínuo e fluido. Trata-se de um fenómeno que é não apenas vital para o nosso prazer de ver filmes, mas que é também um aspeto fundamental da forma como todos os mamíferos, desde os humanos aos ratos, percebem o mundo dinâmico que os rodeia. Este estudo do laboratório da FC liderado por Noam Shemesh, publicado na revista Nature Communications, investiga a forma como esta ilusão é codificada no cérebro.
A velocidade a que os flashes têm de ocorrer para que o nosso cérebro os veja como constantes e não como intermitentes é conhecida como “frequência crítica de fusão da intermitência” (Flicker Fusion Frequency threshold ou FFF na sigla em inglês). Este limiar varia consoante os animais; por exemplo, as aves, que precisam de ver movimentos rápidos, têm um limiar mais elevado do que os seres humanos, o que significa que podem continuar a ver a luz como intermitente, em vez de contínua, mesmo quando está a piscar muito rapidamente. O limiar de FFF é também importante na natureza, nomeadamente nas interacções predador-presa, e pode ser afetado por certas doenças, como as perturbações hepáticas, ou por problemas oculares, como as cataratas.
Curiosamente, diferentes métodos de medição deste limiar, como a observação do comportamento animal ou o registo da atividade elétrica nos olhos ou no córtex (a parte do cérebro que processa o que vemos), dão resultados diferentes. Isto sugere que outras partes do cérebro também desempenham um papel na forma como percepcionamos a luz intermitente. Neste estudo, os investigadores combinaram imagens de ressonância magnética funcional (IRMf), experiências comportamentais e registos elétricos da atividade cerebral para compreender como funciona este processo. As suas descobertas sugerem que o CS é vital na transição da visão de flashes individuais para o movimento contínuo, e que poderá ser um componente-chave na criação da ilusão de continuidade.
Um ataque em três frentes
"Este projeto foi realmente um trabalho de fundo e começou com uma conversa entre duas estudantes de doutoramento da FC", observa Shemesh, líder do estudo. "Rita Gil, uma aluna do meu laboratório, estava a explorar as respostas do cérebro do rato a diferentes frequências de luz com ressonância magnética (RMN). As suas conversas com Mafalda Valente, do laboratório de Alfonso Renart, levaram ao desenvolvimento de uma tarefa comportamental em que os ratos foram treinados a reportar se viam uma luz intermitente ou contínua. Utilizando os dados da RMN e do comportamento, as investigadoras também registaram a atividade elétrica do cérebro dos animais durante a estimulação luminosa. Esta abordagem permitiu-lhes medir e comparar os limiares de FFF utilizando três métodos distintos: RMN, experiências comportamentais e eletrofisiologia. Esta abordagem multimodal é bastante rara e é, de facto, o que distingue este estudo. Estamos também gratos a Alfonso Renart pelas interessantes discussões que contribuíram para esta investigação".
Para as experiências de IRMf, os ratos receberam estímulos visuais com frequências que variavam de baixas a altas. De forma a minimizar os movimentos dos animais e garantir a estabilidade das imagens cerebrais, estes foram ligeiramente sedados. "A IRMf é uma técnica não invasiva que detecta alterações no fluxo sanguíneo, que são indicativas da atividade neural no cérebro", explica Gil. "Uma das vantagens da IRMf é a sua capacidade de mapear a atividade cerebral ao longo de toda a via visual, captando simultaneamente a atividade de várias regiões". O objetivo era observar como o cérebro passa da percepção de flashes de luz individuais (visão estática) para um fluxo contínuo de luz (visão dinâmica) e identificar as regiões cerebrais envolvidas.
"Quando olhámos para o CS", diz Gil, "encontrámos respostas marcadamente diferentes em função da frequência dos estímulos visuais. À medida que a frequência do estímulo visual aumentava, avançando para a percepção de luz contínua, verificou-se uma mudança na resposta do CS, com os regimes de sinais de IRMf a passarem de positivos para negativos". Os sinais positivos refletem um aumento da atividade neural, enquanto os sinais negativos significam potencialmente o oposto. Com base nestas observações, começou a formar-se uma hipótese: talvez a transição da visão estática para a visão dinâmica na ilusão de continuidade envolvesse a supressão da atividade no CS?
Para responder a esta questão, os investigadores recorreram em seguida a experiências comportamentais. Os ratos foram treinados numa caixa especialmente concebida para o efeito, onde aprenderam a ir para uma porta lateral se percebessem que a luz estava a piscar, e para outra se a percebessem como contínua. As escolhas correctas eram recompensadas com água para reforçar a aprendizagem. Variando as frequências de luz apresentadas, a equipa registou o momento em que os ratos percebiam a luz intermitente como contínua. Quando compararam os dados comportamentais com os dados de IRMf, fizeram uma descoberta surpreendente: a passagem de sinais positivos para sinais negativos de IRMf no CS, acontecia no mesmo intervalo de frequências em que o comportamento dos ratos indicava que tinham passado da percepção da luz como intermitente para a sua percepção como contínua.
Dado que o CS apresentava a correlação mais forte entre o comportamento e os dados de IRMf, em comparação com outras áreas cerebrais de processamento visual, os investigadores realizaram registos eletrofisiológicos no CS, medindo diretamente a atividade elétrica dos seus neurónios. Também aqui, utilizaram uma sedação ligeira para manter a coerência com as condições da IRMf. O seu objetivo era compreender melhor os mecanismos neurais específicos envolvidos quando os ratos percepcionam a luz intermitente em comparação com a luz contínua. Será que os sinais positivos e negativos detectados na IRMf correspondiam à ativação e à supressão neurais, respectivamente, tal como previa a hipótese que tinham formulado?
Em baixas frequências de luz, em que os ratos distinguiam flashes individuais, os investigadores observaram um aumento da atividade neural correspondente a cada flash. Em frequências mais elevadas, percepcionadas como luz contínua, as respostas neurais a estes flashes individuais diminuíram e, em vez disso, houve respostas mais pronunciadas tanto no início como no fim da estimulação luminosa. De notar que, neste último caso, se verificou uma supressão acentuada da atividade neural, entre os picos, inicial (onset) e final (offset).
Valente observa: "As nossas medições da atividade elétrica no CS alinham-se bem com os nossos dados de IRMf, que exibem picos de início e de fim em torno dos sinais negativos a frequências mais elevadas. Estes registos eletrofisiológicos sustentam a noção de que os sinais positivos e negativos registados na IRMf representam, de fato, atividade e supressão neurais, respetivamente. O que parece estar a acontecer é que esta supressão acontece quando os animais entram num modo dinâmico de visão, servindo potencialmente como um factor-chave para a fusão das intermitências e a ilusão de continuidade".
Refletindo sobre o estudo, Valente acrescenta: "O que realmente nos surpreendeu foi a nítida correspondência entre os sinais de IRMf no CS e as observações comportamentais – que se revelou ainda mais acentuada do que no córtex, que é tipicamente visto como a principal área de processamento visual nos mamíferos. Igualmente surpreendente foi encontrar os mesmos padrões no CS mesmo depois de termos desactivado intencionalmente o córtex, o que sugere que estes sinais têm origem no próprio CS e não são apenas o resultado da atividade do córtex".
Gil diz por seu lado: "Isto aponta para o papel do CS como detetor do que é ‘novo’. Por exemplo, em frequências de luz mais baixas, cada flash parece ser processado como um novo evento pelo CS. Quando a frequência aumenta para além de um certo ponto, cada flash de luz já não é espaçado o suficiente para ser considerado uma novidade e apenas as diferenças de luminosidade (antes e depois do estímulo) são percepcionadas como tal. Isto poderia explicar o padrão de aumento da atividade no início e no fim da estimulação de alta frequência, com períodos de supressão pelo meio".
Implicações e direcções futuras
"Os nossos resultados oferecem uma direção para a forma como as experiências de neurociência poderão ser conduzidas no futuro", conclui Shemesh. "Ao utilizar inicialmente a IRMf para apresentar os estímulos, os investigadores podem identificar eficazmente as regiões do cérebro em que devem concentrar os seus estudos eletrofisiológicos mais detalhados. Esta abordagem não só poupa tempo e recursos, como também tira proveito da força da IRMf em refletir a atividade neural populacional das regiões cerebrais. Embora não ofereça o detalhe granular da atividade de cada célula individual, a capacidade da IRMf para mostrar o panorama geral – se há mais ativação ou supressão no cérebro – torna-a um primeiro passo valioso para orientar experiências subsequentes".
Os autores acreditam que as suas descobertas têm relevância para aplicações clínicas. Em casos de indivíduos com deficiências visuais, doenças do nervo óptico, vítimas de AVC ou com distúrbios como o autismo, este estudo oferece novas vias para a avaliação e o potencial tratamento de disfunções visuais. Ao determinar e comparar os limiares de FFF nestes indivíduos com os de populações saudáveis e ao observar a evolução destes limiares, pode ser possível avaliar a adaptabilidade de regiões cerebrais específicas. Isto poderá levar a uma compreensão das áreas do cérebro que continuam a ser passíveis de tratamento, abrindo caminho para o desenvolvimento de intervenções terapêuticas direcionadas.
Olhando para o futuro, os investigadores pretendem identificar quais os tipos específicos de células do CS responsáveis pelas atividades observadas. O seu objetivo mais amplo é aprofundar a nossa compreensão do papel de várias regiões cerebrais na via visual, combinando técnicas experimentais, como lesões específicas ou privação visual, com estudos de ressonância magnética. Estas estratégias prometem fornecer uma visão mais profunda da adaptabilidade e da função das regiões visuais, aperfeiçoando o nosso modelo e entendimento atual de como cada área contribui para a percepção visual. Por isso, da próxima vez que estiver a ver um filme, experimentando a ilusão de um movimento fluido devido à rápida sucessão de fotogramas, lembre-se dos intrincados processos que estão a ocorrer no seu cérebro e dos esforços de investigação em curso para os desvendar.
Artigo Científico na Revista Nature Communications aqui
Texto por Hedi Young, Editor and Science Writer da Equipa de Comunicação, Eventos & Outreach da Fundação Champalimaud.
