As células nervosas do olho trabalham juntas para reconhecer contrastes e movimentos

O processamento da informação óptica na retina do olho, onde estão localizados os fotorreceptores sensíveis à luz e as primeiras células nervosas, é um dos processos que mais consomem energia no organismo, especialmente tendo em vista o baixo peso relativo da retina. .

Por mais de 50 anos, a chamada “hipótese da codificação eficiente” determinou a compreensão científica dos processos visuais no olho. Afirma que é tarefa da retina processar a informação visual da forma mais eficiente possível, a fim de conservar os recursos energéticos. Isso significa que o mínimo possível de células nervosas deve estar ativa ao mesmo tempo quando se trata de produzir sinais elétricos para transmitir informações visuais ao cérebro.

Uma equipe de cientistas liderada pelo Prof. Tim Gollisch, líder do grupo de pesquisa do Departamento de Oftalmologia do Centro Médico Universitário de Göttingen (UMG), Alemanha, descobriu agora que a hipótese da codificação eficiente não se aplica a todas as células nervosas do olho. Para uma série de células, os pesquisadores conseguiram observar nas preparações de tecido da retina que grupos inteiros de células estão frequentemente ativos ao mesmo tempo.

Esta interacção coordenada das células nervosas parece contradizer a transmissão de informação eficiente e que poupa energia, uma vez que as células individuais transmitem os mesmos sinais. Os pesquisadores conseguiram mostrar que a atividade conjunta das células não ocorre aleatoriamente, mas que certos grupos de células tornam-se ativos ao mesmo tempo quando imagens de alto contraste entram no campo de visão ou movimentos em determinadas direções são observados. .

“Esta cooperação coordenada das células nervosas poderia permitir ao cérebro distinguir sinais ópticos particularmente relevantes, como o reconhecimento de contraste ou movimento, de outras influências menos importantes, como mudanças no brilho, por exemplo, quando uma nuvem se move na frente de o sol, tornando tudo um pouco mais escuro.

“Por outro lado, os grupos de células parecem garantir a eficiência energética ao reagir de forma particularmente breve aos estímulos sensoriais correspondentes”, diz o Prof. Gollisch, último autor do estudo.

“As descobertas oferecem potencial para o tratamento da cegueira. Isto se aplica em particular à cegueira causada por processos de degeneração, por exemplo, quando os fotorreceptores da retina morrem. Estes captam a luz do ambiente e a convertem em sinais elétricos, que são transmitidos por células nervosas ao cérebro para processar a informação visual.

“Quando os fotorreceptores morrem, não há mais transmissão de sinais através das células nervosas correspondentes. Se essas células nervosas forem ativadas artificialmente, ou seja, por uma prótese visual, é importante induzir a atividade das células nervosas adequadamente coordenada para que o cérebro receba sinais que são tão fiéis à vida quanto possível para interpretá-los corretamente”, diz o Dr. Dimokratis Karamanlis, ex-pesquisador de pós-doutorado do Departamento de Oftalmologia da UMG e primeiro autor do estudo.

Esses resultados foram publicados em Natureza.

Fundo

Uma base da hipótese da codificação eficiente é a observação de que, por exemplo, ao olhar para uma grande superfície branca, as células nervosas que estão principalmente ativas são aquelas que percebem os limites da superfície. As células que reconhecem o “interior” da superfície são suprimidas em sua atividade para economizar energia. O fato de o interior da superfície, ou seja, entre os limites, também ser branco, é algo que o cérebro também pode resolver sem esses sinais.

No entanto, grandes áreas brancas que permanecem no campo de visão durante longos períodos de tempo são difíceis de encontrar na natureza real. Os pesquisadores, portanto, testaram como as amostras de tecido da retina reagem às fotografias naturais. Para isso, as imagens foram projetadas nas amostras e movidas de forma que correspondesse aos movimentos naturais dos olhos.

Ao medir simultaneamente a atividade elétrica de um grande número de células nervosas, os pesquisadores conseguiram mostrar que certas classes de células aderem bem à hipótese da codificação eficiente e reagem separadamente umas das outras. Outras classes celulares proeminentes, por outro lado, não seguem a hipótese e tendem a tornar-se ativas em conjunto.

Panorama

As descobertas do estudo serão incorporadas diretamente no desenvolvimento de novas abordagens terapêuticas no recém-fundado Centro Else Kröner Fresenius de Terapias Optogenéticas em Göttingen. Em certas formas de cegueira, proteínas sensíveis à luz devem ser introduzidas nas células nervosas dos olhos para ativar essas células com luz.

“Os resultados nos ajudarão a entender quais padrões de atividade das células são necessários para o reconhecimento natural de certas impressões visuais. O objetivo do desenvolvimento da terapia será então gerar esses padrões artificialmente”, diz o Prof. novo centro. Estudos correspondentes com pacientes em Göttingen deverão começar dentro de alguns anos.

Oferecido por Universitätsmedizin Göttingen – Georg-August-Universität