Uma nova pesquisa da Escola de Medicina de Yale (YSM) mostra que o olho processa a informação visual de uma forma muito mais conectada do que os cientistas pensavam. 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 fracos 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 permanecem em grande parte independentes à medida que os sinais visuais viajam através da retina e chegam ao cérebro. No entanto, um novo estudo publicado em Neurôniodescobriram que esses canais estão firmemente conectados por meio de conexões elétricas ocultas. De acordo com a equipa de investigação, esta cooperação pode amplificar sinais visuais fracos antes que estes se aprofundem no sistema visual.
“Descobrimos que, embora diferentes canais possam fornecer suas próprias funções, eles também estão interligados por circuitos elétricos subjacentes”, diz Yao Xue, Ph.D., pós-doutorado no Departamento de Oftalmologia e Ciências Visuais do YSM e primeiro autor do estudo.
Células bipolares formam uma rede inesperada de comunicação
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 através de 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 interagem, descobriram algo inesperado. Em vez de permanecerem isolados, os canais individuais supostamente trocavam 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 por meio de corrente elétrica direta. Em geral, pensava-se que as células bipolares dependiam principalmente de ligações químicas.
Um novo estudo mostrou que na retina do rato e da retina humana, as sinapses elétricas conectam a maioria desses canais de informação separados. Quando a equipe estimulou eletricamente uma única célula bipolar, a resposta se espalhou muito além dessa via única. Em vez de observar a liberação de neurotransmissores confinada a um único canal, eles observaram padrões de atividade amplos, semelhantes a nuvens, revelando ampla conectividade entre diferentes tipos de células bipolares.
“Quando estimulamos uma célula bipolar, muitas células bipolares liberaram neurotransmissores”, diz Z. Jimmy Zhou, Ph.D., professor de oftalmologia e ciências visuais da Marvin L. Sears e investigador principal.
Os investigadores também identificaram um tipo de célula bipolar, conhecida como BC6, que parecia desempenhar um papel de liderança na coordenação desta rede. Os sinais originados do BC6 são propagados através de múltiplos caminhos ópticos em um padrão hierárquico organizado.
“As pessoas presumiram que diferentes tipos de células bipolares são mais ou menos autônomas”, diz 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 comunicação elétrica oferece à retina o melhor de ambas as abordagens. Canais individuais podem focar em recursos visuais específicos, enquanto suas conexões permitem o compartilhamento de informações quando os sinais são particularmente fracos.
“Quando o sinal já está muito fraco e dividido em vários canais, não resta muito para processar cada canal”, diz Seung-Hun Lee, Ph.D., 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 cooperam aleatoriamente”, acrescenta Xue. “Eles têm um comandante dentro deles — o BC6 — que os orienta na transmissão de sinais para o alvo abaixo.”
Gravando sinais 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 a resposta das células vizinhas.
Estudar células bipolares tem sido difícil porque elas estão localizadas profundamente na retina. Experimentos anteriores muitas vezes exigiam o corte da retina em pedaços para acessá-los, um processo que poderia perturbar o circuito natural que os pesquisadores queriam estudar.
Para este estudo, a equipe de Yale usou com sucesso a técnica de pinça dupla em uma retina de camundongo completamente intacta. Usando eletrodos, eles estimularam tipos específicos de células bipolares enquanto registravam a resposta das células vizinhas.
“Nenhum outro laboratório no mundo foi capaz de fazer tais registros sistematicamente”, diz Zhou. “Este é o epítome da tese de doutorado de Yao Xue, combinando uma abordagem inovadora com habilidade eletrofisiológica excepcional.”
Os pesquisadores então repetiram os experimentos usando retinas humanas intactas obtidas através do programa de doação de tecidos hereditários do Departamento de Patologia. Segundo a equipe, esses são os primeiros experimentos desse tipo realizados 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 também 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 ideia pré-concebida, as experiências revelaram um mecanismo até então desconhecido que está a mudar 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”, diz Lee. “Este é um lembrete importante de quão importante é a pesquisa motivada pela curiosidade para a descoberta.”
