Biology · Livro 2 · Grades 10–12

Biologia do ensino médio

Biologia do ensino médio · Grades 10–12

22A visão e o encéfalo

Depois de um AVC, um paciente vê o mundo perfeitamente — em preto, branco e cinza. Outro vê cores e formas, mas nenhum movimento: um carro está aqui, depois ali, sem nada no meio, e servir chá é impossível porque o jato nunca parece se mover. Uma terceira não consegue reconhecer rostos, inclusive o próprio no espelho, embora descreva cada traço. Os olhos deles estão intactos. O que cada um perdeu é um pedaço do encéfalo em que o ver é montado. Este capítulo acompanha o nervo ótico até dentro do encéfalo, mapeia o que o córtex visual faz com os sinais da retina, e mostra que o mapa não é fixo: ele é construído pela experiência, alterado pela aprendizagem e perturbado por drogas.

22.1 Da retina ao córtex

Proposição 22.1 (A via visual)

O milhão de fibras de cada nervo ótico corre para trás até o quiasma ótico, onde as fibras da metade nasal de cada retina cruzam para o outro lado, enquanto as da metade temporal permanecem do lado próprio delas. Depois do quiasma, cada trato ótico carrega, portanto, os sinais das metades esquerdas das duas retinas (trato direito) ou das metades direitas (trato esquerdo) — ou seja, tudo o que é visto em uma metade do campo visual. Os tratos fazem escala no tálamo e chegam ao córtex visual primário, no fundo de cada hemisfério: o hemisfério esquerdo recebe a metade direita do campo visual, o hemisfério direito a metade esquerda.

Evidências. Cortar um nervo ótico cega um olho; um dano a um trato ótico, ou ao córtex visual de um hemisfério, deixa os dois olhos funcionando, mas cega os dois para a mesma metade do mundo — a metade oposta à lesão. Estimular um ponto do córtex visual de um paciente acordado durante uma cirurgia o faz ver um clarão numa posição fixa do campo; pontos vizinhos dão clarões vizinhos: o córtex guarda um mapa da retina, com o centro do campo ocupando a maior parte. ∎

A via visual vista de cima. A luz da metade esquerda do campo (em vermelho) cai sobre a metade direita de cada retina; essas fibras, cruzando no quiasma quando necessário, se reúnem no trato ótico direito e chegam ao córtex visual direito. Cada hemisfério vê a metade oposta do mundo com os dois olhos.
A via visual vista de cima. A luz da metade esquerda do campo (em vermelho) cai sobre a metade direita de cada retina; essas fibras, cruzando no quiasma quando necessário, se reúnem no trato ótico direito e chegam ao córtex visual direito. Cada hemisfério vê a metade oposta do mundo com os dois olhos.
O encéfalo visto do lado esquerdo. O córtex visual primário fica bem no fundo, no lobo occipital; as demais áreas visuais se estendem para a frente a partir dele, entrando no lobo temporal (o que as coisas são) e no lobo parietal (onde elas estão e como se movem).
O encéfalo visto do lado esquerdo. O córtex visual primário fica bem no fundo, no lobo occipital; as demais áreas visuais se estendem para a frente a partir dele, entrando no lobo temporal (o que as coisas são) e no lobo parietal (onde elas estão e como se movem).

22.2 Muitas áreas, uma percepção

Proposição 22.2 (Áreas visuais especializadas)

O córtex visual primário passa a análise dele a uma dúzia de outras áreas visuais, cada uma especializada: uma extrai a cor, outra o movimento, outras a forma, a profundidade, os rostos, as palavras escritas. As saídas delas são combinadas — com a memória, com os outros sentidos — na percepção única e coerente que experimentamos. A percepção é uma construção: o encéfalo preenche o ponto cego, completa contornos escondidos, mantém as cores constantes sob luz variável, e pode ser enganado por ilusões que exploram as regras dele.

Evidências. Lesões localizadas dissociam os componentes: um paciente com dano na área da cor vê um mundo em cinza com acuidade normal; um dano na área do movimento deixa a cor e a forma intactas mas abole a percepção do movimento; um dano numa região do lobo temporal abole o reconhecimento apenas dos rostos. A neuroimagem funcional de voluntários saudáveis mostra as mesmas áreas se acendendo, uma para padrões coloridos, outra para pontos em movimento, outra para rostos, enquanto o córtex primário responde a tudo. Eletrodos em animais encontram, em cada área, neurônios que respondem à característica daquela área e a quase mais nada. ∎

Dos sinais a uma cena. O córtex primário distribui a análise dele a áreas especializadas cujos resultados são recombinados. Uma lesão numa área retira um atributo — a cor, o movimento, os rostos — e deixa o resto.
Dos sinais a uma cena. O córtex primário distribui a análise dele a áreas especializadas cujos resultados são recombinados. Uma lesão numa área retira um atributo — a cor, o movimento, os rostos — e deixa o resto.

Exemplo 22.3 (Três pacientes, três áreas)

A paciente que vê em cinza tem uma lesão da área da cor dos dois lados; os cones da retina dela funcionam, e o córtex primário dela recebe os sinais deles, mas a etapa que transforma razões entre cones em cor se foi. A paciente que não vê movimento perdeu a área do movimento: ela vê instantâneos sucessivos. A paciente que não consegue reconhecer rostos tem uma lesão da área dos rostos do lobo temporal; ela reconhece as pessoas pela voz ou por um chapéu. Em cada caso o que se perde é preciso, e o que resta mostra que as outras áreas funcionam sozinhas.

22.3 Um córtex construído pela experiência

Proposição 22.4 (A plasticidade)

As conexões do córtex visual não são fixas ao nascer. Durante um período crítico do começo da vida elas são moldadas pelo que os olhos veem; no adulto elas continuam mudando, mais devagar, com a aprendizagem e com o uso. Essa plasticidade cerebral é uma propriedade dos neurônios: as conexões que são usadas são reforçadas e multiplicadas, as que não são ficam enfraquecidas e são podadas.

Evidências. Hubel e Wiesel (anos 1960) registraram o córtex visual de gatos e de macacos. Num animal normal, a maior parte dos neurônios responde aos dois olhos. Num animal que teve um olho mantido fechado durante os primeiros meses, quase todo neurônio responde apenas ao olho aberto: as conexões do olho fechado foram tomadas. Fechar o olho de um adulto pelo mesmo tempo não muda nada. Nos seres humanos, uma criança que tenha um olho muito fora de foco ou desalinhado e não corrigido antes de cerca dos sete anos fica com um olho permanentemente fraco — a ambliopia — por melhor que seja a ótica dele depois. Nos adultos, aprender a ler braille aumenta a área cortical dedicada ao dedo que lê; aprender a fazer malabarismo aumenta as áreas que processam o movimento, e elas encolhem de novo se a prática parar. ∎

O achado de Hubel e Wiesel, arredondado. Num gatinho normal, a maior parte dos neurônios do córtex visual responde aos dois olhos. Depois de três meses com o olho esquerdo fechado, nove neurônios em dez respondem apenas ao olho direito: as conexões do olho sem uso se perderam.
O achado de Hubel e Wiesel, arredondado. Num gatinho normal, a maior parte dos neurônios do córtex visual responde aos dois olhos. Depois de três meses com o olho esquerdo fechado, nove neurônios em dez respondem apenas ao olho direito: as conexões do olho sem uso se perderam.

Exemplo 22.5 (Por que o estrabismo precisa ser tratado cedo)

Uma criança de três anos com um olho virado para dentro vê dobrado, e o encéfalo suprime a imagem mais fraca. Se o olho não for alinhado, ou se o olho bom não for tapado algumas horas por dia para forçar o fraco a trabalhar, o córtex se reorganiza em torno do olho bom durante o período crítico e o olho fraco, embora opticamente perfeito, fica cego para os detalhes finos pelo resto da vida. Tratada aos três anos, a criança recupera a visão completa; tratada aos doze, quase nada.

22.4 As drogas e o encéfalo que vê

Proposição 22.6 (Neurônios, mensageiros e moléculas que os imitam)

Os neurônios se comunicam nas sinapses liberando mensageiros químicos, os neurotransmissores, sobre os receptores da célula seguinte; o último ano descreve o mecanismo. Vários neurotransmissores, entre eles a serotonina, regulam o fluxo de sinais pelas áreas visuais. Moléculas cuja forma se parece com a de um neurotransmissor podem se ligar aos receptores dele e perturbar esse fluxo: a dietilamida do ácido lisérgico (LSD) se liga aos receptores de serotonina do córtex visual e produz alucinações — cores, formas e movimentos vistos sem nenhuma luz correspondente. Drogas assim podem deixar mudanças duradouras: episódios que voltam meses depois e, em algumas pessoas, distúrbios visuais persistentes.

Demonstração. Admitido neste nível. ∎

Exemplo 22.7 (O que uma alucinação mostra)

Sob LSD a retina não muda e o córtex primário continua mapeando o que os olhos veem; a perturbação está nas áreas posteriores e no modo como elas são combinadas. Aparecem padrões que se parecem com os próprios blocos de construção do córtex — grades, espirais, túneis — porque a droga põe a maquinaria da percepção para funcionar sem a entrada dela. A alucinação é uma demonstração, por avaria, de que o ver é feito pelo encéfalo e de que uma molécula consegue mudá-lo.

Método 22.8 (Localizar um déficit visual)

  1. Um olho cego, o outro normal: o olho ou o nervo ótico dele, antes do quiasma.
  2. Os dois olhos cegos para a mesma metade do campo: o trato ótico, o tálamo ou o córtex primário do lado oposto.
  3. Os dois olhos cegos para as metades externas do campo: o quiasma, onde as fibras que cruzam foram cortadas.
  4. Visão intacta mas um atributo perdido (cor, movimento, rostos): a área especializada correspondente.
  5. Percepção perturbada com olhos e córtex normais, de modo passageiro: uma droga ou uma causa metabólica.

Observação 22.9 (O que este ano mostrou)

O olho do Capítulo 21 era uma questão de genes e de proteínas: opsinas, as duplicações delas, um daltonismo herdado no X. O encéfalo deste capítulo é uma questão de conexões, moldadas pelo uso. Entre os dois está o assunto inteiro do ano — da sequência de um gene a uma característica, e da característica ao que uma pessoa consegue fazer — e a lição de que a cada passo o genótipo propõe e o ambiente, da temperatura das orelhas de um gato à luz que o olho de um gatinho recebe, dispõe.

22.5 Exercícios

Exercício 22.1 ★

Trace o caminho de um sinal da metade esquerda do campo visual até o córtex.

Solução

Solução de Exercício 22.1.

A luz do campo esquerdo cai sobre a metade direita de cada retina; as fibras da metade direita do olho esquerdo cruzam no quiasma, as do olho direito ficam à direita; juntas elas formam o trato ótico direito, fazem escala no tálamo e chegam ao córtex visual primário direito.

Exercício 22.2 ★

O que acontece no quiasma ótico, e que fibras cruzam?

Solução

Solução de Exercício 22.2.

Os dois nervos óticos se encontram; as fibras da metade nasal de cada retina cruzam para o outro lado, as da metade temporal não. Depois dele, cada trato carrega uma metade do campo visual.

Exercício 22.3 ★

Cite três áreas visuais especializadas e o déficit produzido por uma lesão de cada uma.

Solução

Solução de Exercício 22.3.

Área da cor (mundo visto em cinza), área do movimento (nenhuma percepção de movimento), área dos rostos (rostos não reconhecidos).

Exercício 22.4 ★

Defina plasticidade cerebral e período crítico.

Solução

Solução de Exercício 22.4.

Plasticidade: a capacidade de as conexões dos neurônios serem reforçadas, enfraquecidas, formadas ou podadas conforme o uso. Período crítico: a fase inicial da vida durante a qual a experiência molda o córtex de modo decisivo e irreversível.

Exercício 22.5 ★

Como o LSD age sobre o sistema visual?

Solução

Solução de Exercício 22.5.

Ele se liga aos receptores de serotonina de neurônios das áreas visuais, perturbando o fluxo de sinais e produzindo alucinações sem nenhuma luz correspondente.

Exercício 22.6 ★★

Usando o Método 22.8, localize a lesão de um paciente cego na metade direita do campo com os dois olhos.

Solução

Solução de Exercício 22.6.

Depois do quiasma, à esquerda: o trato ótico esquerdo, a escala talâmica esquerda ou o córtex visual primário esquerdo.

Exercício 22.7 ★★

Um tumor comprime o quiasma ótico por baixo, cortando as fibras que cruzam. Que partes do campo o paciente perde? Explique com a figura.

Solução

Solução de Exercício 22.7.

As fibras que cruzam vêm das metades nasais das duas retinas, que veem as metades externas (temporais) do campo: o paciente perde a metade esquerda do campo do olho esquerdo e a metade direita do campo do olho direito — visão em túnel dos dois lados.

Exercício 22.8 ★★

A partir da figura de Hubel e Wiesel, que fração dos neurônios responde de algum modo ao olho esquerdo no gatinho normal e no gatinho privado?

Solução

Solução de Exercício 22.8.

Normal: 12+20+36+20=88%12 + 20 + 36 + 20 = 88\%. Privado: 2+3+5+30=40%2 + 3 + 5 + 30 = 40\%, dos quais apenas 10% principalmente.

Exercício 22.9 ★★

Por que tapar o olho bom de uma criança estrábica algumas horas por dia trata a ambliopia? Por que o mesmo tratamento falha num adulto?

Solução

Solução de Exercício 22.9.

Tapar força o córtex a usar a entrada do olho fraco, de modo que as conexões dele são conservadas e reforçadas durante o período crítico em vez de podadas. Num adulto o período acabou: as conexões não se reorganizam mais nessa escala, de modo que o olho fraco não consegue retomar o território dele.

Exercício 22.10 ★★

Explique por que a paciente que vê em cinza não é daltônica no sentido do Capítulo 21, e como um exame poderia distinguir as duas condições.

Solução

Solução de Exercício 22.10.

Os cones e as opsinas dela são normais; o que se perdeu é a etapa cortical que interpreta as razões entre eles. Um registro elétrico da resposta da retina a luzes coloridas seria normal nela e anormal numa pessoa daltônica; e o déficit dela é total e adquirido, o delas parcial e de nascença.

Exercício 22.11 ★★

A área cortical dos dedos de uma pianista é maior que a média. Explique com a plasticidade, e diga o que você prevê se ela parar de tocar por anos.

Solução

Solução de Exercício 22.11.

Anos de prática reforçaram e multiplicaram as conexões que servem os dedos dela, aumentando o território cortical delas. Sem prática, a área encolheria de novo ao longo de anos, como mostram os estudos com malabarismo.

Exercício 22.12 ★★★

Uma pessoa cega de nascença por causa de cataratas passa por uma cirurgia para retirá-las aos 30 anos. Preveja o que ela vê nas primeiras semanas e o que ela vai e não vai recuperar, usando o período crítico.

Solução

Solução de Exercício 22.12.

No começo ela vê luz, cores e manchas em movimento, mas não consegue reconhecer formas, rostos nem profundidade: a retina funciona, mas o córtex nunca construiu, durante o período crítico, as conexões que interpretam os sinais dela. Ela vai aprender a usar a visão em parte, devagar, mas nunca com a fluência de quem enxerga desde o nascimento.

Exercício 22.13 ★★★

Explique por que o mapa cortical dedica mais área ao centro do campo do que à periferia, usando a distribuição de receptores e de células ganglionares do Capítulo 21.

Solução

Solução de Exercício 22.13.

Na fóvea cada cone tem a célula ganglionar própria dele, de modo que o centro do campo envia muito mais fibras por grau que a periferia, onde cem bastonetes compartilham uma; o córtex distribui a área em proporção às fibras, e portanto ao detalhe, e não aos graus de campo.

Exercício 22.14 ★★★

A neuroimagem funcional mostra a área da cor ativa quando um sujeito imagina uma maçã vermelha de olhos fechados. O que isso diz sobre a relação entre as áreas especializadas e a percepção, e sobre as alucinações?

Solução

Solução de Exercício 22.14.

A atividade da área é a percepção da cor, venha o sinal do olho ou da memória; a percepção é o que as áreas fazem, e não o que o olho entrega. Uma alucinação é essa atividade disparada por uma droga, em vez de pela intenção ou pela luz.

Exercício 22.15 ★★★

“Quem vê é o olho.” Reescreva essa afirmação corretamente num parágrafo, usando os três pacientes, os gatinhos e a droga.

Solução

Solução de Exercício 22.15.

O olho converte a luz em sinais; quem vê é o encéfalo. Um paciente com olhos intactos pode perder a cor, o movimento ou os rostos por uma lesão cortical; um gatinho com olhos intactos fica funcionalmente cego de um deles se o córtex não puder conectá-lo; e uma droga que não toca nem no olho nem na estrutura do córtex faz uma pessoa ver o que não está lá. O olho fornece; o encéfalo vê.

22.6 Problema: quatro pacientes e um gatinho

Problema 22.1

Problema de fim de semana — déficits visuais localizados ao longo da via, um córtex mapeado por estimulação, a privação de um gatinho contada, e o estrabismo de uma criança tratado a tempo

Quatro pacientes são examinados. A: cego do olho esquerdo, olho direito normal. B: os dois olhos cegos para a metade esquerda do campo. C: os dois olhos cegos para a metade externa do campo de cada um (o olho esquerdo para a esquerda, o direito para a direita). D: campos normais, acuidade normal, mas incapaz de perceber movimento.

Parte I — Localizar.

  1. Localize a lesão de A. Que estrutura, e antes ou depois do quiasma?
  2. Localize a lesão de B, e diga por que ela tem de ficar depois do quiasma.
  3. Localize a lesão de C com precisão, explicando que fibras foram cortadas.
  4. Localize a lesão de D. O que a preservação dos campos e da acuidade diz a você sobre o córtex primário?
  5. Para cada paciente, diga se a retina está intacta e como você verificaria.

Parte II — O mapa. Durante uma cirurgia, estimular pontos do córtex visual direito de um paciente produz clarões. Estimular a ponta do lobo occipital dá um clarão no centro do campo; pontos mais para a frente dão clarões mais para fora no campo esquerdo; 1 cm1\,\mathrm{cm} de córtex na ponta cobre cerca de 2∘2^\circ do campo, enquanto 1 cm1\,\mathrm{cm} mais para a frente cobre 20∘20^\circ.

  1. Por que todos os clarões ficam no campo esquerdo?
  2. Quanto córtex representa os 2∘2^\circ centrais, comparado com uma faixa de 2∘2^\circ a 40∘40^\circ do centro? Calcule a razão.
  3. Relacione essa razão com a fóvea e a periferia da retina.
  4. Uma pequena lesão na ponta do lobo occipital direito: o que o paciente perde? E uma lesão do mesmo tamanho mais para a frente?
  5. Por que o paciente com a pequena lesão central ainda consegue ler, devagar, movendo os olhos?

Parte III — O gatinho. A partir da figura de Hubel e Wiesel.

  1. No gatinho normal, que porcentagem de neurônios responde em algum grau aos dois olhos?
  2. No gatinho privado, que porcentagem responde de algum modo ao olho fechado (o esquerdo)?
  3. A retina e o nervo ótico do olho fechado estão intactos. Para onde foi a entrada dele, e o que tomou o espaço?
  4. O mesmo fechamento num gato adulto não muda nada. O que isso estabelece, e qual é o equivalente humano disso?
  5. Um gatinho fica com os dois olhos fechados por três meses. Preveja o histograma e a visão do animal depois.

Parte IV — A criança. Uma criança de quatro anos tem o olho esquerdo virado para dentro; a ótica dele é normal. Sem tratamento, o córtex passa a ser tomado pela entrada do olho direito.

  1. Explique, com o gatinho, o que vai acontecer com a visão do olho esquerdo se nada for feito, e por que os óculos sozinhos não vão impedir isso.
  2. O tratamento é tapar o olho direito várias horas por dia durante meses. Explique por que se cobre o olho bom.
  3. Por que isso precisa ser feito antes dos sete anos, mais ou menos, e por que o mesmo tratamento aos quinze falha?
  4. Um adulto que perde um olho aos trinta não perde do mesmo modo o córtex dedicado a ele. Concilie isso com o gatinho.
  5. Enuncie o resultado: as quatro lesões localizadas da frente para trás da via, e a única propriedade do córtex — nomeada — que faz o tratamento da criança funcionar apenas a tempo.
Solução

Solução de Problema 22.1.

1. O olho esquerdo ou o nervo ótico dele, antes do quiasma: só as fibras de um olho estão afetadas.

2. O trato ótico direito, o tálamo ou o córtex visual direito: um déficit compartilhado pelos dois olhos para o mesmo meio campo só pode estar onde as fibras dos dois olhos para aquela metade foram reunidas, ou seja depois do quiasma.

3. O próprio quiasma: as fibras que cruzam, vindas das metades nasais das duas retinas, que veem as metades temporais do campo, foram cortadas.

4. A área do movimento, depois do córtex primário. Campos e acuidade intactos mostram que o córtex primário e tudo o que vem antes dele estão funcionando.

5. B, C e D têm retinas intactas; a de A pode estar ou não. Verifica-se examinando a retina com um oftalmoscópio e registrando a resposta elétrica dela a clarões.

6. O córtex direito recebe a metade esquerda do campo.

7. 2∘2^\circ centrais: 1 cm1\,\mathrm{cm}; uma faixa de 2∘2^\circ a 40∘40^\circ: 0.1 cm0.1\,\mathrm{cm}. Razão 10.

8. A fóvea empacota os cones densamente, cada um com a célula ganglionar própria dele, de modo que os graus centrais enviam muito mais fibras que a periferia; o córtex lhes dá proporcionalmente mais área.

9. Um pequeno ponto cego no centro do campo esquerdo, o que é devastador para a leitura; mais para a frente, uma região cega maior na periferia do campo esquerdo, menos notada.

10. Movendo os olhos, o paciente traz cada palavra para uma parte da retina cujo córtex está intacto, usando a borda da lesão; lento, mas possível.

11. 20+36+20=76%20 + 36 + 20 = 76\%.

12. 2+3+5+30=40%2 + 3 + 5 + 30 = 40\%, e apenas 10% com o olho esquerdo como entrada principal ou equivalente.

13. A entrada dele chega ao córtex, mas as conexões dele foram enfraquecidas e podadas por falta de uso; as conexões do olho direito se expandiram para o espaço.

14. Que a reorganização fica confinada a um período crítico do começo da vida; o equivalente humano é a ambliopia, que só se desenvolve na infância e é intratável depois dela.

15. Sem nenhum olho favorecido, não há tomada: o histograma fica aproximadamente simétrico, mas com menos neurônios responsivos ao todo, e a visão do gatinho fica ruim nos dois olhos — a privação sem competição enfraquece os dois.

16. O encéfalo suprime a imagem do olho desviado para evitar a visão dupla; sem uso, as conexões dele são podadas durante o período crítico e o olho fica permanentemente fraco. Os óculos corrigem a ótica, mas o olho não é usado, de modo que a poda prossegue.

17. Cobrir o olho bom força o córtex a usar os sinais do olho fraco, conservando e reforçando as conexões dele.

18. O período crítico termina por volta dos sete anos; depois dele o córtex não redistribui mais território nessa escala, de modo que as conexões perdidas do olho fraco não podem ser reconstruídas.

19. No adulto as conexões já estão estabelecidas e estáveis; a tomada pelo outro olho é um fenômeno do córtex em desenvolvimento, durante o período crítico, e não do córtex maduro.

20. A: olho ou nervo ótico; C: quiasma; B: trato direito, tálamo ou córtex primário; D: a área do movimento, depois deles. A plasticidade do córtex, confinada a um período crítico, faz o tapa-olho da criança funcionar aos quatro anos e falhar aos quinze.