Moscas-da-fruta num mundo de realidade virtual revelam como a visão afeta a locomoção

Eugenia Chiappe, Investigadora Principal do Laboratório de Integração Sensório-Motora do Centro Champalimaud, está de pé no seu gabinete. A cerca de três metros de distância, há uma porta e o chão é plano e claro. Eugenia, que pretende caminhar em linha reta até a porta, leva um segundo para medir a distância. Fecha os olhos, dá quatro passos em frente e esbarra numa cadeira à sua direita.

Esta pode não ser uma situação surpreendente. Pode parecer muito óbvio que a visão esteja ligada à capacidade de nos movermos com eficácia, logo se estamos com os olhos fechados a tentar andar numa linha reta é óbvio que estar se torna uma tarefa. Mas qual a razão para isto acontecer? Estes são movimentos que aperfeiçoamos ao longo de muitos anos, e ainda assim, dar uns curtos passos sem a visão revela-se um verdadeiro desafio. No estudo publicado hoje (8 de Setembro 2021), na revista científica Current Biology, investigadores mostram como o controlo visual afeta a locomoção das moscas.

A conexão cérebro-corpo-olho

Este artigo, resultado da investigação realizada durante a tese de doutoramento de Tomás Cruz, examina as inúmeras formas de estabilização da locomoção e como estas são afetadas pela visão. Esta investigação é baseada em estudos realizados na Drosophila melanogaster (mosca-da-fruta), sendo que tanto o Tomás, como a Eugenia, acreditam que os resultados podem ser transponíveis a animais com cérebros maiores, incluindo os humanos.

Esta investigação desafia um modelo amplamente aceite pela comunidade científica sobre como a visão influencia a locomoção. Eugenia Chiappe explica: “O modelo aceite é aquele que defende as chamadas rotações compensatórias reativas, seja através da coordenação cabeça-corpo ou diretamente nas rotações do corpo. O que descobrimos agora é que este não é o caso. O que a visão faz para manter a estabilidade do olhar é influenciar os movimentos do corpo, ajustando as posturas como uma medida preventiva. ”

Por outras palavras, os cientistas acreditavam que o feedback visual gerava rotações reativas: assim que um indivíduo se desvia do curso, a visão dispararia uma rotação compensatória. No entanto, este novo estudo sugere que essas rotações acontecem demasiado rapidamente para que seja este o caso. O que estes novos dados mostram é que as rotações funcionam para evitar movimentos errôneos, e não como uma reação a estes.

Tomás Cruz acredita que a verdadeira novidade das descobertas é exatamente esta: “o efeito da visão deve ocorrer muito mais perto do controlo do membro do que anteriormente se pensava, no equivalente da medula espinhal na mosca”. Eugenia continua, “O que o Tomás está a mostrar é que, inevitavelmente, quando não há visão, os sistemas de controlo de membros estão a responder a perturbações de equilíbrio e de postura. Considerando que, quando a visão está disponível, o objetivo comportamental de andar em linha reta tem precedência sobre os pequenos ajustes posturais.”

Sem visão, o corpo continua a receber algumas informações para ajudá-lo a fazer ajustes posturais. Se estivermos num terreno com inclinação, os nossos tornozelos irão inclinar-se para cima ou para baixo para manter o corpo numa posição vertical, para não cair. Se dermos um passo em frente com a perna esquerda, o próximo passo com a direita seguirá o caminho de menor resistência - o movimento mais fácil para manter o equilíbrio, mas não necessariamente em linha reta. No entanto, se tivermos um objetivo comportamental - andar em linha reta, por exemplo - a visão reduz os ajustes posturais necessários ao mínimo para alcançar o objetivo com eficácia.

Como é que os animais, seja um inseto ou um humano, decidem qual o modelo seguir? “Existe uma certa tensão entre o que o animal está disposto a fazer e o que as propriedades físicas do mundo impõem em termos de controlo postural. A visão distorce o modelo a favor de metas comportamentais. Assim, quando a visão não está disponível, o modelo preferido está relacionado com a postura e o equilíbrio. Esta ideia também se aplica amplamente aos humanos”, afirma Eugenia.

A meta das moscas

Ao discutir o comportamento e as intenções das moscas-da-fruta, uma questão óbvia é levantada: se não conhecemos os objetivos da mosca, como fazer para percebermos se ela está a agir de forma orientada em relação a um objetivo? Eugenia dá todo o crédito a Tomás por isso: “Este é um dos aspectos que considero mais elegante neste artigo! Foi muito complicado de testar, por estarmos a lidar com um sinal interno que é muito difícil de extrair através da observação externa. ”

Para realizar estas experiências, o Tomás utilizou o FlyVRena, um sistema de realidade virtual de última geração. Nas suas próprias palavras, “Imergimos a mosca num mundo de realidade virtual para conseguirmos medir, com alta resolução, como a mosca se move neste ambiente e controlar o que entra na sua retina. Com humanos, isto seria feito com óculos de realidade virtual, mas para a mosca construímos um pequeno espaço com tecnologia de realidade virtual para manipularmos de forma muito precisa tudo o que a mosca vê por baixo de si. As paredes e o teto do espaço são mantidos estáticos e vazios para minimizar o 'ruído' dos estímulos visuais. Com este método, testamos hipóteses, como: ‘a visão é importante para a coordenação do movimento cabeça-corpo?’ ”

Eugenia explica como a equipa testou se a mosca agia de forma orientada para um objetivo ou mais aleatória: “Para isto, o Tomás também encontrou uma forma muito inteligente de o fazer, uma vez que criou uma situação no mundo, de tal forma que a mosca apresenta um comportamento regular, muito estruturado. Podemos assim estar seguros ao supor que qualquer desvio seria não intencional ou não relacionado com o objetivo. Aquecemos as paredes, fazendo com que a mosca andasse sempre numa determinada área do espaço, virando-se ao chegar muito perto de uma das paredes e seguindo uma direção previsível ”. O passo seguinte foi observar como a mosca organizava o movimento do seu corpo em diferentes condições visuais, incluindo a escuridão total.

Aplicando o conhecimento a cérebros maiores

Com estes novos dados, quais os próximos passos? Para responder a essa pergunta, Eugenia acredita que isto é apenas o começo: "O efeito preventivo do feedback visual que observamos sugere fortemente a presença de interações bidirecionais entre os sinais da medula espinhal e os circuitos visuais no cérebro, assim a próxima etapa para nós é compreender esta interação bidirecional em diferentes comportamentos. De um modo mais geral, estes fluxos de informações interconectados entre o corpo e o cérebro não afetam apenas o controlo das correções de movimento, mas também criam percepção e o sentido de identidade. Por exemplo, em certas condições psiquiátricas, como quando um paciente não consegue reconhecer os seus próprios membros, existem estados específicos em que essas interações bidirecionais foram fragmentadas. ”

A palavra final cabe a Tomás, que se prepara para defender a sua tese de doutoramento: “Os próximos passos deste trabalho são a identificação dos circuitos neurais onde convergem estas fontes de informação e a investigação de como estas interagem para guiar o comportamento do animal”.