Um novo estudo da Escola de Medicina de Yale (YSM) sugere que o olho processa a informação visual de uma forma mais integrada do que os cientistas acreditavam. As descobertas desafiam uma visão de longa data de como os sinais visuais viajam através da retina e podem ajudar a explicar como detectamos objetos escuros ou vemos com pouca luz.
Nosso sistema visual analisa rapidamente vários recursos de uma cena, incluindo cor, contraste, movimento e forma. Este processo, conhecido como processamento visual paralelo, permite ao cérebro interpretar imagens complexas quase instantaneamente, enviando diferentes tipos de informação por caminhos separados.
Os pesquisadores há muito acreditam que essas vias eram amplamente independentes, à medida que os sinais visuais viajavam para a retina e o cérebro. Mas uma nova pesquisa revelou NeurônioDescobriu-se que esses canais estavam intimamente conectados por meio de conexões elétricas ocultas. Segundo a equipa de investigação, esta cooperação pode fortalecer sinais visuais fracos antes que estes se aprofundem no sistema visual.
“Descobrimos que, embora diferentes canais possam fornecer suas próprias propriedades, eles também estão interligados por circuitos elétricos subjacentes”, disse Yao Xue, PhD, pós-doutorado no Departamento de Oftalmologia e Ciências Visuais do YSM e primeiro autor do estudo.
As células bipolares formam uma rede de comunicação imprevisível
A visão começa quando os bastonetes e cones da retina detectam a luz. Essas células especializadas transmitem informações aos neurônios conhecidos como células bipolares. Nesta fase, a informação visual é classificada em mais de uma dúzia de canais paralelos que processam características como luz diurna, visão noturna, cor, contraste e forma.
Quando os pesquisadores examinaram mais de perto as sinapses, as minúsculas junções onde as células bipolares se comunicam, descobriram algo inesperado. Em vez de estarem isolados, os canais supostamente separados partilhavam informações entre si.
Os neurônios se comunicam através de dois tipos principais de sinapses: químicas e elétricas. As sinapses químicas usam neurotransmissores para transmitir mensagens entre as células, enquanto as sinapses elétricas, também chamadas de junções comunicantes, transmitem sinais diretamente através de correntes elétricas. Geralmente, acredita-se que as células bipolares dependem de comunicação química.
Uma nova pesquisa mostra que as sinapses elétricas nas retinas de ratos e humanas estão conectando muitos desses canais de informação separados. Quando a equipe estimulou eletricamente uma única célula bipolar, a resposta se espalhou além dessa única via. Em vez de ver a liberação de neurotransmissores confinada a um único canal, eles observaram padrões de atividade amplos, semelhantes a nuvens, revelando uma comunicação generalizada entre diferentes células bipolares.
“Quando estimulamos uma célula bipolar, muitas células bipolares liberam neurotransmissores”, disse Z. Jimmy Zhou, PhD, Marvin L. Sears, professor de oftalmologia e ciências visuais e investigador principal.
Os pesquisadores também identificaram um tipo de célula bipolar conhecido como BC6, que desempenha um papel importante na coordenação desta rede. Os sinais originados do BC6 se propagam através de múltiplas vias visuais em um padrão organizado e hierárquico.
“As pessoas presumiam que diferentes tipos de células bipolares eram mais ou menos autônomas”, disse Zhou. “Mas encontramos um driver entre todos esses tipos de células que cria esta rede com uma hierarquia”.
Os cientistas dizem que esta combinação de vias especializadas e contactos eléctricos oferece à retina o melhor de ambos os métodos. Canais individuais podem focar em recursos visuais específicos, enquanto suas conexões permitem o compartilhamento de informações quando o sinal é particularmente fraco.
“Se o sinal já estiver muito fraco e dividido em vários canais, cada canal não terá muito para processar”, disse Seunghun Lee, PhD, cientista pesquisador do Departamento de Oftalmologia e Ciências Visuais do YSM e coautor do estudo. “A integração é particularmente útil para detectar sinais de baixo contraste ou sinais de objetos muito pequenos.”
“E as células não estão cooperando aleatoriamente”, acrescenta Xu. “Eles têm um comandante – BC6 – que transmite sinais para alvos a jusante.”
Gravando sinal na retina intacta
Para mapear estas redes de comunicação, a equipe combinou diversas técnicas experimentais. Eles usaram imagens avançadas para monitorar como as células bipolares liberam e respondem aos neurotransmissores, ao mesmo tempo em que estimulam células individuais e registram as respostas das células vizinhas.
As células bipolares são difíceis de estudar há muito tempo porque ficam profundamente na retina. Experimentos anteriores frequentemente exigiam o corte da retina, um processo que os pesquisadores do Circuito Natural queriam testar.
Para este estudo, a equipe de Yale usou com sucesso uma técnica de patch clamp duplo em retinas de camundongos totalmente intactas. Usando eletrodos, eles estimularam tipos específicos de células bipolares enquanto registravam simultaneamente como as células vizinhas respondiam.
“Nenhum outro laboratório no mundo foi capaz de interromper sistematicamente este tipo de gravação”, disse Zhou. “Este é um tour de force do trabalho de tese de doutorado de Yao Xue, combinando uma abordagem inovadora com experiência eletrofisiológica excepcional.”
Os pesquisadores então repetiram o experimento usando retinas humanas intactas obtidas através do programa legado de doação de tecidos do departamento de patologia. Segundo a equipe, este é o primeiro experimento desse tipo realizado em uma retina humana intacta.
O que a descoberta pode significar
Como a retina faz parte do sistema nervoso central, os investigadores dizem que estas descobertas podem ter implicações para além da visão. Compreender como os circuitos retinais processam informações pode fornecer novos insights sobre como funcionam outras redes neurais no cérebro.
O trabalho poderá melhorar a compreensão dos cientistas sobre doenças que danificam a retina, incluindo degeneração macular, glaucoma e cegueira noturna congênita.
Os pesquisadores também afirmam que o estudo destaca o valor da ciência movida pela curiosidade. Em vez de testar uma única ideia pré-concebida, os experimentos revelaram um mecanismo até então desconhecido que muda a forma como os cientistas pensam sobre o processamento visual.
“Nossos experimentos não começaram com uma hipótese específica, mas revelaram um mecanismo de processamento fundamental no sistema visual”, disse Lee. “Este é um lembrete importante de como a pesquisa orientada pela curiosidade é essencial para a descoberta.”
