2014-12-12

Subject: Sistema navegacional dos morcegos permite manobras em três dimensões

Sistema navegacional dos morcegos permite manobras em três dimensões

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@ Jasiek Krzysztofiak/Nature

Os cérebros dos morcegos têm uma bússola neural que lhes permite navegar em três dimensões. A descoberta, publicada na última edição da revista Nature, explica o mistério de longa data de como os morcegos, e talvez outros mamíferos como macacos (que não voam mas se balançam entre os ramos), conseguem orientar-se tanto no ar, como no solo.

O sistema ‘bat-nav’ é “surpreendente mas também surpreendente na sua beleza", diz May-Britt Moser, neurocientista na Universidade Norueguesa de Ciência e Tecnologia em Trondheim, que partilhou o prémio Nobel de Medicina deste ano pela descoberta do sistema de navegação em duas dimensões presente no cérebro dos ratos.

O neurocientista computacional Andreas Herz, da Universidade de Munique, Alemanha, acrescenta que a elegância simples da codificação neural da bússola tem implicações mais vastas para a forma como o cérebro computa.

Estes sistemas não são bússolas no sentido de detectarem o norte geomagnético e, na realidade, não são órgãos dos sentidos mas simplesmente sistemas que seguem a informação que o cérebro integrou dos sentidos.

No seu trabalho, Moser descobriu que os ratos têm neurónios especializados na navegação. Em particular, ela descobriu que os roedores têm células que indicam a direcção da cabeça, contidos numa zona do cérebro chamada presubículo. Diferentes células disparam no sistema de direcção da cabeça dependendo da direcção no plano horizontal para onde o animal vira a cabeça.

Agora, Nachum Ulanovsky, do Instituto Weizmann de Ciência em Rehovot, Israel, descobriu que as células da direcção da cabeça nos morcegos da fruta egípcios que estudou são mais complexas que as dos ratos. Para além das células dispararem dependendo da direcção horizontal, os morcegos também têm algumas que disparam apenas quando os animais movem a cabeça para cima e para baixo ou a rodam.

Para descobrir estas células eles implantaram eléctrodos no presubículo dos morcegos e registaram os disparos de neurónios individuais. Também colocaram um dispositivo de monitorização da cabeça com quatro díodos emissores de luz dispostos em pirâmide na cabeça dos morcegos. Comparando os disparos dos neurónios com o movimento da cabeça puderam determinar a orientação da cabeça (horizontal, vertical ou uma combinação) em que cada neurónio disparava quando os morcegos gatinhavam ou voavam.

Descobriram que a maioria dos neurónios estavam sintonizados para as direcções horizontais mas de um quinto deles estava associado aos movimentos verticais, o que nos diz que o seu sistema de navegação é completamente tridimensional. No entanto, apenas alguns neurónios estão associados ao movimento de rodar, talvez porque os morcegos não rodam muito o corpo ao voar, diz Ulanovsky.

As descobertas da equipa incluem uma surpresa adicional, que surgiu quando os investigadores observaram os morcegos a fazer uma viragem invertida para aterrar de cabeça para baixo (ver figura acima). Como seria de esperar, os disparos dos neurónios verticais reflectiram a rotação completa de 180° mas mesmo apesar de a cabeça acabar a apontar na direcção horizontal oposta à que tinha em voo, os neurónios horizontais não reflectiram a inversão, algo que teria exigido que subitamente passassem de dizer 'leste' para 'oeste'. Ulanovsky recorda que ficou a olhar para estes dados três meses, antes de compreender o que se passava.

Quando a moeda finalmente caiu, os cientistas perceberam que o cérebro do morcego estava a considerar os sinais não como coordenadas de latitude e longitude numa esfera, como Ulanovsky intuitivamente imaginou o espaço tridimensional a ser representado, mas como coordenadas num toro, uma figura como um donut.

Tal como na esfera, na superfície do donut, a longitude (círculos verdes na imagem) ainda representam a direcção horizontal e a latitude (círculo vermelho) a vertical mas a representação em donut permite a inversão sem uma súbita inversão de longitude.

Num artigo relacionado, Moser e o seu colega de Trondheim David Rowland especulam que as capacidades dos animais podem estar reflectidas na sua anatomia. Em ratos, as células da direcção da cabeça podem ser imaginadas como uma rede de neurónios dispostos em círculo, descrevendo os 360° de direcções possíveis mas nos morcegos Moser e Rowland acham que as células da direcção da cabeça “podem ter ligações em forma toroidal".

Os cientistas estão divididos nas suas expectativas sobre se o bat nav será detectado também em animais como o Homem, que não voa ou passa muito tempo de cabeça para baixo. Alguns, incluindo Herz, suspeitam que não, defendendo que não seria necessário e que o modelo toroidal apenas funciona em animais com poucos movimentos de rolamento.

Mas Moser acha que ele existirá, talvez para explicar o sentimento de vertigem quando perdemos a noção de acima e abaixo ou a desorientação que por vezes sentimos quando saímos do metro. “Só o saberemos obtendo dados", diz ela.

 

 

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