Visão: janela da consciência


Na busca para desvendar a mente, cientistas se voltam à percepção visual - como interpretamos o que vemos?

Revista Scientific American - por Nikos K. Logothetis*

Quando damos uma primeira olhada na imagem central do quadro de Salvador Dalí, o que vemos? A maioria das pessoas percebe um rosto de homem, olhos voltados para o céu e lábios fechados sob um farto bigode. Mas, quando olham de novo, a imagem se rearranja num cenário mais complexo. O nariz e o bigode branco se transformam em capuz e capa de uma mulher sentada. Os reflexos nos olhos do homem se revelam luzes nas janelas - ou o brilho dos telhados - de dois casebres aninhados em colinas escuras. Sombras nas bochechas do homem surgem como uma criança de bermuda em pé ao lado da mulher - os dois, agora fica claro, olham para os casebres, pela abertura em uma parede de pedra, buraco que antes tínhamos visto como o contorno do rosto do homem.

Em 1940, quando fez Velhice, adolescência, infância (as três idades) - que contém três "faces" -, Dalí brincou com a capacidade de a mente do espectador ver duas imagens diferentes a partir do messmo conjunto de pinceladas. Mais de 50 anos depois, pesquisadores, incluindo meus colegas e eu, estão empregando estímulos visuais ambíguos semelhantes para tentar identificar a atividade cerebral que dá origem à consciência. Queremos saber especificamente o que acontece no cérebro no instante em que, por exemplo, um observador compreende que as três faces no quadro de Dalí não são faces de fato.

Consciência é um conceito difícil de definir, mas não tanto de estudar. Os neurocientistas fizeram progressos impressionantes nos últimos anos no sentido de compreender os padrões complexos de atividade em neurônios cerebrais. Mesmo assim, a maioria das pessoas, incluindo muitos cientistas, ainda acha desafiadora a noção de que descargas eletroquímicas nos neurônios possam explicar a mente - e, em particular, a consciência.

Como argumentaram o Prêmio Nobel Francis Crick, do Salk Institute for Biological Studies, de San Diego, e Christof Koch, do California Institute of Technology, o problema da consciência pode ser dividido em várias questões distintas, algumas das quais podem ser submetidas à investigação científica (ver "Em busca da consciência", de Francis Crick e Christof Koch). Por exemplo, em vez de nos preocupar com o que é a consciência, podemos perguntar: qual a diferença entre processos neurais que se relacionam e aqueles que não se relacionam a uma determinada experiência de consciência?

É aí que entram os estímulos ambíguos. A ambigüidade perceptiva não é apenas um comportamento estranho característico da organização do sistema visual. Ela nos diz algo sobre a organização de todo o cérebro e como ele nos faz conscientes da informação sensorial. Tome, por exemplo, a seqüência sem sentido de palavras em francês pas de lieu Rhóne que naus, citada pelo psicólogo William James em 1890. Você pode lê-la várias vezes sem reconhecer que soa exatamente como a frase "paddle your own canoe" em inglês ("reme sua própria canoa"). Que mudanças na atividade neural acontecem quando a sentença, com sentido, de repente chega à consciência?

No trabalho com estímulos visuais ambíguos, empregamos imagens que não apenas dão margem a duas percepções distintas, mas também instigam uma alternância contínua entre as duas. Um exemplo conhecido é o cubo Necker. Vista como tridimensional, a perspectiva do cubo parece mudar a cada poucos segundos. Obviamente, essa alternância deve corresponder a algo que acontece na mente.

Um cético pode argumentar que às vezes percebemos um estímulo sem estarmos realmente conscientes dele, como quando, por exemplo, paramos "automaticamente" no farol vermelho ao dirigir. Mas os estímulos e as situações que investigo são elaborados para atingir a consciência.

  • Partilha de experiência

Sabemos que nossos estímulos são compreendidos por seres humanos porque são capazes de descrever sua experiência. Mas normalmente não é possível estudar a atividade de neurônios individuais em humanos acordados, por isso fazemos nossos experimentos com macacos despertos, que foram treinados para informar o que percebem acionando alavancas ou olhando em uma determinada direção. A organização da mente dos macacos é semelhante à humana, e eles respondem a esses estímulos praticamente da mesma maneira. Portanto, achamos que os animais são conscientes, de certa forma, do mesmo modo que humanos.

Investigamos ambigüidades resultantes quando dois padrões visuais diferentes são apresentados simultaneamente a cada um dos olhos, fenômeno chamado rivalidade binocular. Quando as pessoas são submetidas a essa situação, sua mente torna-se ciente primeiro de uma perrcepção e depois da outra, numa lenta seqüência de alternâncias. No laboratório, usamos estereoscópios para criar esse efeito. Macacos treinados descrevem que eles também experimentam uma perceppção que muda a cada poucos segundos.

Nossas pesquisas nos permitiram rastrear a atividade neural que corresponde a essas descrições de mudança.

  • No olho da mente

Estudos sobre a atividade neuronal de animais estabeleceram que a informação visual que deixa os olhos ascende por estágios sucessivos de um sistema neural de processamento de dados. Módulos diferentes analisam várias características do campo visual. O tipo de processamento torna-se mais especializado conforme a informação avança no sistema visual.

No in&iacu ute;cio do caminho, imagens da retina de cada olho são direcionadas primeiro para um par de pequenas estruturas nas profundezas do cérebro, denominadas corpos geniculados laterais (CGL). Neurônios individuais do CGL podem ser ativados por estimulação visual de um ou outro olho, mas não pelos dois. Eles reagem a qualquer mudança de brilho ou cor em uma região específica do campo visual, conhecida como campo receptivo, que varia entre os neurônios.

Do CGL, a informação vai para o córtex visual primário, conhecido como V1, localizado na região posterior da cabeça. Os neurônios em V1 agem de modo diferente que os do CGL. Normalmente, podem ser ativados por um ou outro olho, mas também são sensíveis a características específicas, como a direção do movimento de um estímulo dentro de seu campo receptivo. A informação visual é transmitida de V1 para mais de duas dezenas de regiões corticais.

Alguma informação que sai de V1 pode ser rastreada, enquanto se move através de áreas denominadas V2 e V4, antes de atingir a região conhecida como córtex temporal inferior (CTI), que, assim como todas as outras estruturas, é bilateral. Um grande número de pesquisas, incluindo estudos neurológicos em pessoas com lesões cerebrais, sugere que o CTI é importante na percepção de formas e no reconhecimento de objetos. Os neurônios em V4 respondem seletivamente a aspectos dos estímulos visuais essenciais para discernir formas. No CTI, alguns neurônios atuam como células de V4, enquanto outros reagem apenas quando objetos completos, como rostos, são colocados dentro de seus enormes campos receptivos.

Outros sinais de V1 atravessam as regiões V2, V3 e uma área conhecida como MT/V5 antes de chegar ao lobo parietal. A maioria dos neurônios em MT/V5 responde fortemente a itens que se movam numa direção específica. Neurônios de outras áreas do lobo parietal reagem quando o animal presta atenção a um estímulo ou pretende movimentar-se em direção a ele.

Uma observação surpreendente, feita nos experimentos iniciais, é que muitos neurônios desses sistemas visuais, tanto em V1 como em níveis superiores na hierarquia do processamento, mantêm a seletividade aos estímulos mesmo em animais totalmente anestesiados. Fica claro que um animal (ou ser humano) não tem consciência de toda a sua atividade neural.

A observação suscita dúvidas se a consciência é resultado da ativação de regiões especiais do cérebro ou de grupos de neurônios. O estudo da rivalidade binocular em macacos treinados e despertos nos permite abordar a questão, pelo menos até certo ponto. Em tais experiências, um pesquisador mostra a cada animal vários estímulos visuais, normalmente padrões ou figuras projetadas em uma tela. Macacos podem facilmente ser treinados para informar com precisão quais estímulos percebem, pela premiação com suco de frutas.

O cientista emprega eletrodos para registrar a atividade dos neurônios no sistema de processamento visual que variam claramente sua resposta quando estímulos idênticos são mostrados simultaneamente aos dois olhos. O padrão de estímulo A pode provocar atividade em um neurônio, por exemplo, mas o padrão de estímulo B, não.

Quando o pesquisador identifica um estímulo eficaz e um ineficaz para determinado neurônio (ao apresentar o mesmo estímulo aos dois olhos simultaneamente), os dois estímulos podem ser mostrados de modo que cada olho veja um diferente. Imaginamos que, como um humano nessa mesma situação, o macaco perceberia os dois estímulos numa seqüência alternante. E foi isso que aconteceu. Ao observar os neurônios durante apresentações sucessivas de pares rivais, o cientista pode avaliar quais neurônios mudam sua atividade apenas quando há modificação nos estímulos e quais alteram a freqüência quando o animal informa uma mudança de percepção que não seja acompanhada por modificação nos estímulos.

Jeffrey D. Schall, atualmente na Vanderbilt University, e eu conduzimos uma versão dessa experiência, em que um olho via uma grade que se movimentava lentamente para cima, enquanto o outro olho via uma grade se movendo para baixo. Fizemos registros a partir da área visual MT/V5, onde as células tendem a reagir ao movimento. Descobrimos que cerca de 43% das células nessa área mudaram seu nível de atividade quando o macaco indicou que sua percepção tinha mudado de cima para baixo, ou vice-versa. A maioria dessas células estava nas camadas mais profundas de MT/V5.

A porcentagem que detectamos foi na verdade menor do que imaginariam muitos cientistas, porque quase todos os neurônios em MT/V5 são sensíveis à direção do movimento. A maioria dos neurônios em MT/V5 agiu de certa forma como os de V1, permanecendo ativa quando seu estímulo preferido (percebido ou não) estava diante de qualquer um dos olhos.

Houve mais surpresas. Cerca de 11 % dos neurônios examinados foram ativados quando o macaco informou ter percebido o estímulo de um par para cima/para baixo mais efetivo para o neurônio em questão, Mas, paradoxalmente, uma proporção parecida de neurônios se sensibilizou mais quando o estímulo mais efetivo não estava sendo percebido - apesar de claramente à vista de um olho. A preferência de outros neurônios não pode ser classificada.

Quando estávamos no Baylor College of Medicine, David A. Leopold e eu estudamos neurônios de partes do cérebro conhecidas por sua importância no reconhecimento de objetos. Leopold está hoje comigo no Max Planck Institute for Biological Cybernetics de Tübingen, Alemanha. Registramos atividade em V4, assim como em V1 e V2, quando os animais viam estímulos que consistiam em linhas se inclinando para a esquerda ou para a direita. Em V4, a proporção de células cuja atividade refletiu a percepção foi semelhante à que Schall e eu haviamos encontrado em MT/V5, cerca de 40%. Mas, novamennte, uma proporção substancial reagiu em maior intensidade quando o estímulo preferido não era percebido. Em V1 e V2, em contraste, menos de uma em cada 10 células reagiu apenas quando seu estímulo mais efetivo foi percebido, e nenhuma fez isso quando ele não foi notado.

O padrão de atividade foi completamente diferente no CTI. David L. Sheinberg, atualmente na Brown Uniyersity, e eu registramos dados dessa área depois de treinar macacos para informar sua pecepção da rivalidade entre padrões visuais complexos, como imagens de pessoas, animais e vários objetos feitos pelo homem. Cerca de 90% dos neurônios responderam vigorosamente qu a a esquerda ou para a direita. Em V4, a proporção de células cuja atividade refletiu a percepção foi semelhante à que Schall e eu haviamos encontrado em MT/V5, cerca de 40%. Mas, novamennte, uma proporção substancial reagiu em maior intensidade quando o estímulo preferido não era percebido. Em V1 e V2, em contraste, menos de uma em cada 10 células reagiu apenas quando seu estímulo mais efetivo foi percebido, e nenhuma fez isso quando ele não foi notado.

O padrão de atividade foi completamente diferente no CTI. David L. Sheinberg, atualmente na Brown Uniyersity, e eu registramos dados dessa área depois de treinar macacos para informar sua pecepção da rivalidade entre padrões visuais complexos, como imagens de pessoas, animais e vários objetos feitos pelo homem. Cerca de 90% dos neurônios responderam vigorosamente quando seu padrão preferido era percebido, mas a atividade foi profundamente inibida quando o padrão não estava sendo vivenciado.

Aparentemente, quando os sinais visuais chegam ao CTI, a grande maioria dos neurônios está reagindo de modo ligado à percepção. Frank Tong, Ken Nakayama e Nancy Kanwisher, da Harvard University, utilizaram a ressonância magnética funcional (fMRI) - que gera imagens da atividade cerebral através da medida do aumento de fluxo sangüíneo em áreas específicas do cérebro - para estudar pessoas vivenciando rivalidade binocular. Descobriram que o CTI era particularmente ativo quando as pessoas informavam ver imagens de rostos e menos ativos quando a imagem mostrada era uma casa.

Em resumo, a maioria dos neurônios nos estágios iniciais do sistema visual reagiu principalmente à visualização ou não de seu estímulo preferido, embora alguns tenham mostrado comportamento que pode ser associado à mudança na percepção do animal. Nos estágios finais de processamento, por outro lado, a proporção de neurônios que refletiram a percepção do animal aumentou até chegar a 90%.

  • Simulação da rivalidade binocular

Para simular a rivalidade binocular em casa, use a mão direita para segurar um rolo vazio de papel-toalha (ou um pedaço de papel enrolado como um tubo) diante de seu olho direito. Coloque a mão esquerda, com a palma virada para você, a cerca de 10 cm de seu olho esquerdo, com a lateral da mão encostada no tubo.

Inicialmente vai parecer que sua mão tem um buraco, enquanto sua mente se concentra no estímulo do olho direito. Depois de alguns segundos, porém, o "buraco" será preenchido com uma percepção vaga da palma completa por seu olho esquerdo. Se continuar olhando, as duas imagens vão se alternar, conforme a mente seleciona primeiro o estímulo visto por um olho, depois pelo outro. A alternância, porém, é um pouco desigual; você provavelmente vai perceber com mais freqüência o estímulo que vê através do cilindro.

O desequilíbrio acontece por duas razões. Em primeiro lugar, a palma da mão está fora de foco porque está muito mais perto do rosto, e estímulos visuais embaçados tendem a ser competidores mais fracos na rivalidade binocular que padrões nítidos, como a visão que você tem através do tubo. Em segundo, sua mão é uma superfície lisa com menos contraste e contornos que o cenário comparativamente mais rico que você vê pelo tubo. No laboratório, selecionamos cuidadosamente os padrões usados para eliminar tais desequilíbrios.

  • Processamento constante

É possível argumentar que a mudança de percepção informada pelos macacos durante a rivalidade binocular pode ser causada pela supressão de informação visual pelo cérebro no início do sistema visual, primeiro de um olho e depois do outro, a fim de que perceba uma única imagem por vez. Se isso acontecesse, a mudança na atividade neural e nas percepções representaria simplesmente o resultado da troca da entrada de informaação de um olho para o outro, e não seria relevante para a consciência visual em outras situações. Mas evidências de experimentos demonstram claramente que informação vinda dos dois olhos é constantemente processada no sistema visual durante a rivalidade binocular.

Sabemos disso porque, em humanos, a rivalidade binocular causa a habitual alternância lenta de percepção mesmo se os estímulos forem trocados rapidamente - várias vezes por segundo - entre os dois olhos. Se a rivalidade fosse simplesmente uma questão de em qual olho o cérebro está prestando atenção, o fenômeno desapareceria com essa troca tão rápida de estímulos. (O observador veria, ao contrário, uma rápida alternância dos estímulos.) A persistência da mudança lenta das percepções rivais quando os estímulos são trocados sugere que a rivalidade acontece porque representações alternadas dos estímulos competem no caminho visual. A rivalidade binocular nos dá, portanto, uma oportunidade para estudar como o sistema visual decide o que vemos, mesmo quando os dois olhos vêem (quase) a mesma coisa.

O que essas descobertas revelam sobre a consciência visual? Primeiro, mostram que não estamos cientes de grande parte da atividade em nosso cérebro. Sabemos há muito que não temos consciência da atuação cerebral que mantém o corpo em estado estável - uma de suas tarefas evolutivas mais antigas. Também não temos ciência da quantidade de atividade neural que produz - pelo menos em parte - nossas experiências de consciência.

Muitos neurônios em nosso cérebro respondem a estímulos dos quais não estamos conscientes. Apenas uma pequeníssima quantidade parece ser candidata ao que os fisiologistas chamam de "correlato neural" da percepção consciente - isto é, respondem de modo que realmente reflete a percepção.

Podemos dizer mais. O pequeno número de neurônios cujo comportamento reflete a percepção é distribuído por toda a via visual, e não numa única parte do cérebro. Apesar de o CTI ter muito mais neurônios que agem desse modo que as outras regiões, pode ser que, em experimentos futuros, essas células sejam encontradas em outras áreas. Além disso, outras regiões do cérebro podem ser responsáveis pela decisão que resulta de um determinado tipo de estímulo chegando à consciência. Erik D. Lumer e colegas do University College London estudaram essa possibilidade empregando fMRI. Eles demostraram que, em humanos, o lobo temporal é ativado durante a expe

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