A capacidade do cérebro de interpretar o mundo visual não depende apenas da sua camada externa avançada, o córtex. Um novo estudo em Biologia PLoS revelaram que uma região evolutivamente antiga do cérebro, o colículo superior, contém redes neurais capazes de realizar cálculos visuais básicos. Esses circuitos permitem ao cérebro distinguir objetos de seu fundo e identificar quais pistas visuais são mais relevantes no espaço.
Os pesquisadores descobriram que esse sistema antigo, compartilhado por todas as medulas espinhais, pode gerar de forma independente interações centro-periféricas – um processo visual fundamental que ajuda a detectar bordas, contraste e detalhes que chamam a atenção no ambiente.
“Durante décadas pensou-se que estes cálculos eram exclusivos do córtex visual, mas demonstrámos que o colículo superior, uma estrutura muito antiga em termos evolutivos, pode realizá-los de forma autónoma”, explicou Andreas Kardamakis, chefe do Laboratório de Circuitos Neurais em Visão para Acção, Instituto do Instituto Nacional de Neurologia (CSIC) e Miguel Hernández de Elche. Universidade (UMH). “Isso significa que a capacidade de analisar o que vemos e decidir o que merece a nossa atenção não é uma invenção recente do cérebro humano, mas um processo que surgiu há meio bilhão de anos.”
O antigo “radar” do cérebro para o que importa
O colículo superior atua como um radar embutido, recebendo sinais diretamente da retina antes que o córtex os receba. Isso ajuda a determinar quais partes da cena visual são mais importantes. Quando algo se move, pisca ou entra repentinamente em cena, essa estrutura reage primeiro, direcionando o olhar para o novo estímulo.
Para explorar como esse processo se desenrola, a equipe combinou ferramentas avançadas como optogenética padronizada, eletrofisiologia e modelagem computacional. Ao usar a luz para ativar vias específicas da retina e registrar respostas em fatias cerebrais de camundongos, eles descobriram que o colículo superior pode suprimir um sinal visual central enquanto áreas periféricas são ativadas – uma característica definidora do processamento centro-surround. Este efeito foi apoiado por mapeamento específico do tipo de célula e simulações computacionais em larga escala.
“Descobrimos que o colículo superior não apenas transmite informação visual, mas também a processa e filtra ativamente, reduzindo as respostas a estímulos congruentes e aumentando o contraste”, disse Kuisong Song, co-autor do artigo. “Isso mostra que a capacidade de selecionar ou priorizar informações visuais está incorporada nos primeiros circuitos subcorticais do cérebro”. Estes resultados indicam que os mecanismos de atenção estão profundamente enraizados na arquitetura cerebral antiga, muito antes da evolução das regiões corticais superiores.
Raízes evolutivas e significado cognitivo
As descobertas desafiam a crença tradicional de que o processamento visual complexo ocorre apenas no córtex. Em vez disso, apoiam um modelo hierárquico no qual estruturas cerebrais antigas lidam com cálculos críticos para a sobrevivência, tais como detectar ameaças, seguir movimentos ou evitar obstáculos.
“Compreender como estas estruturas ancestrais contribuem para a atenção visual ajuda-nos a compreender o que acontece quando estes processos falham”, observa Kardamakis. “Distúrbios como déficit de atenção, hipersensibilidade sensorial ou alguns tipos de lesão cerebral traumática podem surgir em parte de desequilíbrios entre a comunicação cortical e este circuito básico”.
A equipe de pesquisa está agora expandindo seu trabalho em modelos de animais vivos para estudar como o colículo superior molda a atenção e controla a distração durante o comportamento direcionado a objetivos. Ao compreender como as distrações visuais são traduzidas em ação, os cientistas esperam descobrir a base neural da atenção e a sua função na vida moderna, onde a sobrecarga visual é comum.
Uma colaboração internacional
Esta pesquisa representa uma colaboração em larga escala entre o Karolinska Institutet, o KTH Royal Institute of Technology (Suécia) e o Massachusetts Institute of Technology (MIT, EUA). Envolveu também Teresa Femenia, investigadora do IN CSIC-UMH, que foi fundamental no desenvolvimento do trabalho experimental.
Com base nessas descobertas, Andreas Kardamakis e Giovanni Useglio contribuíram com um novo capítulo Evolução do sistema nervoso Série (Elsevier, 2025), editada por JH Kass. Seu trabalho amplia a perspectiva evolutiva comparando sistemas visuais subcorticais entre espécies. Eles mostram que estruturas análogas ao colículo superior – encontradas em peixes, anfíbios, répteis, aves e mamíferos – partilham um propósito comum: integrar informações sensoriais e motoras para orientar a visão e a atenção.
Esta antiga organização cerebral, preservada durante mais de 500 milhões de anos, tornou-se a base sobre a qual o córtex desenvolveu mais tarde as suas funções cognitivas superiores. “A evolução não substituiu estes sistemas antigos; ela se baseou neles”, explica Kardamakis. “Ainda contamos com o mesmo hardware básico para decidir onde procurar e o que ignorar”.
Este trabalho foi apoiado pela Agência Estatal de Investigação de Espanha (Ciência, Inovação e Universidades Espanholas), pelo Programa Severo Ochoa para Centros de Excelência, pela Generalitat Valenciana através do Programa CIIDgent, pelo Conselho Sueco de Investigação, pela Fundação Sueca do Cérebro e pela Fundação Ole Enqvist.
