Por favor, avalie esta postagem
Um estudo inovador revela como o complexo sistema visual do cérebro não apenas percebe, mas também prevê e altera nossa visão do mundo. Este olhar aprofundado mostra que nosso cérebro integra experiências passadas com informações visuais presentes para construir a realidade, o que pode levar a enganos ou ilusões. Crédito: SciTechDaily.com
A experiência molda a conectividade neural: nosso cérebro interpreta informações visuais combinando o que vemos com o que já sabemos.
Pesquisadores da Fundação Champalimaud descobriram como nossos cérebros misturam estímulos visuais com conhecimento prévio para melhorar a percepção, um processo-chave que pode ter implicações no tratamento de transtornos de saúde mental como autismo e esquizofrenia. O estudo deles, apoiado pela Fundação la Caixa, revela que os neurônios conectam conceitos díspares, refinando nossa capacidade de prever e interpretar informações visuais com base em experiências passadas.
Construindo uma Hierarquia de Conhecimento
Como aprendemos a dar sentido ao nosso ambiente? Com o tempo, nosso cérebro constrói uma hierarquia de conhecimento, com conceitos de ordem superior vinculados às características de ordem inferior que os compõem. Por exemplo, aprendemos que armários contêm gavetas e que cães dálmatas têm manchas pretas e brancas, e não o contrário. Essa estrutura interconectada molda nossas expectativas e percepção do mundo, permitindo-nos identificar o que vemos com base no contexto e na experiência.
“Pegue um elefante”, diz Leopoldo Petreanu, autor sênior do a Caixa– estudo financiado. “Elefantes são associados a atributos de ordem inferior, como cor, tamanho e peso, bem como contextos de ordem superior, como selvas ou safáris. Conectar conceitos nos ajuda a entender o mundo e interpretar estímulos ambíguos. Se você estiver em um safári, pode ser mais provável que você aviste um elefante atrás dos arbustos do que faria de outra forma. Da mesma forma, saber que é um elefante torna mais provável que você o perceba como cinza, mesmo na luz fraca do crepúsculo. Mas onde no tecido do cérebro esse conhecimento prévio é armazenado e como ele é aprendido?”
Conceitos aprendidos e conhecimento prévio de como é a aparência de um cão dálmata ajudam você a interpretar esse padrão aparentemente sem sentido de manchas pretas e brancas. Crédito: David Marr (Livro: Vision de David Marr, MIT Press)
O papel do feedback no processamento visual
O sistema visual do cérebro consiste em uma rede de áreas que trabalham juntas, com áreas inferiores lidando com detalhes simples (por exemplo, pequenas regiões do espaço, cores, bordas) e áreas superiores representando conceitos mais complexos (por exemplo, regiões maiores do espaço, animais, rostos). Células em áreas superiores enviam conexões de “feedback” para áreas inferiores, colocando-as em posição de aprender e incorporar relacionamentos do mundo real moldados pela experiência. Por exemplo, células que codificam um “elefante” podem enviar feedback para células que processam características como “cinza”, “grande” e “pesado”. Os pesquisadores, portanto, começaram a investigar como a experiência visual influencia a organização dessas projeções de feedback, cujo papel funcional permanece amplamente desconhecido.
Experiência visual e conexões de feedback
“Queríamos entender como essas projeções de feedback armazenam informações sobre o mundo”, diz Rodrigo Dias, um dos primeiros autores do estudo. “Para fazer isso, examinamos os efeitos da experiência visual nas projeções de feedback para uma área visual inferior chamada V1 em camundongos. Criamos dois grupos de camundongos de forma diferente: um em um ambiente normal com exposição regular à luz e o outro na escuridão. Então, observamos como as conexões de feedback e as células que elas visam em V1 responderam a diferentes regiões do campo visual.”
A influência da experiência visual na conectividade cerebral
Em camundongos criados no escuro, as conexões de feedback e as células V1 diretamente abaixo delas representavam as mesmas áreas do espaço visual. A primeira autora Radhika Rajan retoma a história: “Foi incrível ver o quão bem as representações espaciais de áreas mais altas e mais baixas combinavam nos camundongos criados no escuro. Isso sugere que o cérebro tem um projeto genético inerente para organizar essas conexões espacialmente alinhadas, independentemente da entrada visual.” No entanto, em camundongos criados normalmente, essas conexões eram menos precisamente combinadas, e mais entradas de feedback transmitiam informações de áreas circundantes do campo visual.
Rajan continua, “Descobrimos que com a experiência visual, o feedback fornece informações mais contextuais e novas, aumentando a capacidade das células V1 de coletar informações de uma área mais ampla da cena visual.” Esse efeito dependia da origem dentro da área visual mais alta: projeções de feedback de camadas mais profundas tinham mais probabilidade de transmitir informações circundantes em comparação com aquelas de camadas superficiais.
Adaptação orientada pela experiência no feedback visual
Além disso, a equipe descobriu que em camundongos criados normalmente, as entradas de feedback de camada profunda para V1 se organizam de acordo com os padrões que eles “preferem” ver, como linhas verticais ou horizontais. “Por exemplo”, diz Dias, “entradas que preferem linhas verticais evitam enviar informações ao redor para áreas localizadas ao longo da direção vertical. Em contraste, não encontramos tal viés na conectividade em camundongos criados no escuro.”
“Isso sugere que a experiência visual desempenha um papel crucial no ajuste fino das conexões de feedback e na modelagem das informações espaciais transmitidas de áreas visuais mais altas para mais baixas”, observa Petreanu. “Desenvolvemos um modelo computacional que mostra como a experiência leva a um processo de seleção, reduzindo as conexões entre o feedback e as células V1 cujas representações se sobrepõem demais. Isso minimiza a redundância, permitindo que as células V1 integrem uma gama mais diversa de feedback.”
Implicações para transtornos de saúde mental
Talvez contraintuitivamente, o cérebro pode codificar conhecimento aprendido conectando células que representam conceitos não relacionados, e que são menos propensas a serem ativadas juntas com base em padrões do mundo real. Esta pode ser uma maneira energeticamente eficiente de armazenar informações, de modo que, ao encontrar um novo estímulo, como um elefante rosa, a fiação pré-configurada do cérebro maximize a ativação, aprimorando a detecção e atualizando previsões sobre o mundo.
Identificar essa interface cerebral onde o conhecimento prévio se combina com novas informações sensoriais pode ser valioso para desenvolver intervenções em casos em que esse processo de integração não funciona bem. Como Petreanu conclui, “Acredita-se que tais desequilíbrios ocorram em condições como autismo e esquizofrenia. No autismo, os indivíduos podem perceber tudo como novo porque as informações prévias não são fortes o suficiente para influenciar a percepção. Por outro lado, na esquizofrenia, as informações prévias podem ser excessivamente dominantes, levando a percepções que são geradas internamente em vez de baseadas em entrada sensorial real. Entender como as informações sensoriais e o conhecimento prévio são integrados pode ajudar a lidar com esses desequilíbrios.”
Referência: “A experiência visual reduz a redundância espacial entre as entradas de feedback cortical e os neurônios primários do córtex visual” 12 de agosto de 2024, Neurônio.
DOI: 10.1016/j.neuron.2024.07.009