Overview
Fonte: Laboratório de Jonathan Flombaum - Universidade Johns Hopkins
Na parte de trás do olho de todos há um pequeno pedaço de tecido neural chamado retina. A retina tem células fotosensíveis que respondem à estimulação pela luz. As respostas dessas células são enviadas para o cérebro através do nervo óptico, um feixe de fibras neurais. Em cada retina há um lugar em algum lugar na periferia onde as saídas das células da retina coletam e o nervo óptico empacotado sai para o cérebro. Nesse local, não há fotosensibilidade - qualquer luz que reflita do mundo e terras nessa posição não produzem um sinal no cérebro. Como resultado, os humanos têm um ponto cego, um lugar no campo visual para o qual eles não processam estímulos de entrada.
No entanto, as pessoas não estão cientes de que têm pontos cegos; não há um buraco vazio nas imagens visuais na frente dos olhos. Então, o que as pessoas vêem em seus pontos cegos? O cérebro realmente preenche a entrada faltando com base nos arredores.
Este vídeo demonstra como encontrar o ponto cego de uma pessoa e como investigar os mecanismos de preenchimento perceptivo.
Procedure
1. Design de estímulo
- Abra uma página branca em branco em um editor de slides (PowerPoint ou Keynote será suficiente).
- Perto da borda direita da página, faça um círculo tão grande quanto penny, quando o slide é impresso. Este será o ponto de fixação.
- Perto da borda esquerda da página, faça uma pequena estrela (ou qualquer outra forma), de modo que quando você imprimir o slide, a forma é do tamanho de um centavo Este slide é o estímulo do ponto cego do olho esquerdo.
- Duplique o slide e troque as posições do ponto de fixação e da forma. Isso faz o estímulo do olho direito.
- Imprima os estímulos.
- A Figura 1 mostra como esses estímulos devem ser quando impressos em um pedaço de papel branco padrão de 8,5 x 11.
Figura 1. Estímulos para encontrar o ponto cego em cada olho. Os estímulos devem ocupar um pedaço de papel de 8,5 x 11 in. com a estrela do mesmo tamanho de um centavo, quando impresso.
2. Procedimento para encontrar o ponto cego
- Explique o procedimento primeiro para o olho esquerdo, depois como ajustá-lo para o olho direito. Este procedimento pode ser realizado em si mesmo, ou recitado a um observador para realizar.
- Segure a folha de estímulo do olho esquerdo no comprimento do braço com as formas voltadas para você.
- Agora feche ou remeje o olho direito. Com o olho esquerdo, fixar o círculo no lado direito da página. Você ainda provavelmente vai ver a estrela do outro lado.
- Mova lentamente a página para a esquerda ou para a direita, para cima ou para baixo, cada vez mais perto. Em algum momento, a estrela desaparecerá do canto do seu olho.
- Uma vez que você tenha feito a estrela desaparecer, mova a página em incrementos muito pequenos. Você deve ser capaz de fazer a estrela aparecer e re-aparecer através de pequenos ajustes.
- O lugar onde a estrela está quando você não pode vê-la é o seu ponto cego.
- Repita o procedimento com o estímulo do olho direito, fechando o olho esquerdo desta vez.
3. Utilizando o ponto cego para estudar o preenchimento perceptivo
- Com estímulos um pouco mais complicados, o ponto cego fornece uma demonstração poderosa de como o cérebro cria, mesmo às vezes inventa, nossa consciência perceptiva.
- Gerar três estímulos adicionais de ponto cego colocando a forma da estrela entre algum tipo de padrão - isso pode ser tão simples quanto um fundo colorido ou dentro de um segmento de linha contínua. A Figura 2 mostra três estímulos de exemplo.
- Repita o procedimento em 2.2-2.7. Desta vez, porém, pergunte ao participante o que eles vêem quando o estímulo estelar desaparece.
Figura 2. Estímulos de ponto cego para demonstrar propriedades do preenchimento perceptivo. Nessas imagens, quando a estrela ocupa o ponto cego de um observador, seus cérebros preenchem a estimulação que falta para se adequar às propriedades da imagem circundante.
Para entender como o cérebro cria uma experiência perceptiva — uma representação do entorno de uma pessoa que envolve pontos turísticos — os pesquisadores podem estudar uma área no campo visual chamada ponto cego.
Normalmente, a luz refletida fora dos objetos entra no olho, e é focada na retina — um pedaço de tecido neural posicionado na parte de trás — onde as células fotosensitivas existem e são estimuladas por essa luz.
Seus sinais coletam e deixam o olho através de um feixe de fibras nervosas chamada nervo óptico, que então retransmite essas respostas para o cérebro.
Quando esses sinais atingem o córtex visual, eles são interpretados, resultando na experiência consciente de como são as imagens na pintura — incluindo sua forma, textura e cor.
No entanto, as informações visuais que o cérebro recebe não fornecem uma imagem completa da pintura; devido à anatomia do olho, faltam peças. Este é o resultado da ausência de células fotossensíveis da região da retina onde o nervo óptico sai para o cérebro.
Assim, qualquer luz que pousa sobre essa posição não produz um sinal, o que resulta em humanos tendo pontos cegos para ambos os olhos — posições no campo visual para as quais os estímulos recebidos não são processados.
Não estamos cientes dessas regiões, pois nossos cérebros são capazes de "preencher" pontos cegos extrapolando de nossos arredores mais amplos — como as cores e texturas flanqueadas.
Empregando técnicas que se concentram nos pontos cegos dos olhos, este vídeo investiga os mecanismos pelos quais o cérebro cria — e preenche — experiências perceptivas.
Não só explicamos como projetar os estímulos e coletar dados de pontos cegos dos participantes, mas também exploramos como os pesquisadores usam esses métodos para investigar os mecanismos neurais por trás e doenças que afetam a percepção visual.
Neste experimento, os participantes são apresentados pela primeira vez com estímulos simples baseados em forma — projetados para localizar seus pontos cegos — seguidos por outros mais complexos para, finalmente, investigar como o cérebro preenche partes faltantes dos campos visuais dos indivíduos.
O primeiro tipo de estímulo — projetado para localizar os pontos cegos dos participantes — consiste em um círculo e uma estrela, ambos na mesma cor e posicionados em lados opostos de um pedaço de papel branco.
Para um estímulo que avalia o ponto cego do olho esquerdo, o círculo ocorre no lado direito do papel. Em contraste, para um estímulo do olho direito, o círculo está posicionado no lado esquerdo da folha.
Antes de ver essas imagens como parte da tarefa, os participantes devem colocar um patch sobre o olho que não está sendo testado — por exemplo, o olho direito para um estímulo focado à esquerda — a fim de evitar a sobreposição do visual.
Os participantes são então instruídos a manter o estímulo à sua frente e se concentrar no círculo. Inicialmente, é provável que eles vejam tanto o círculo quanto a estrela, o que significa que nenhuma das formas está posicionada em um ponto cego.
Os participantes então movem o estímulo em uma combinação de direções: esquerda ou direita, para cima ou para baixo, e mais perto ou mais longe. Isso continua até que a folha completa de papel ainda esteja em vista, mas a estrela é relatada como tendo desaparecido.
O truque é que, embora a estrela permaneça na folha — a forma não é fisicamente apagada — deslocando o estímulo, os participantes a movem para o ponto cego no campo visual de seus olhos.
Como isso não pode ser complementado por informações do olho remendo e oposto, a estrela desaparece perceptivelmente.
Para confirmar a posição do ponto cego, os participantes movem repetidamente o papel em pequenos incrementos, para que a estrela reapareçam e desapareçam.
Uma vez localizados os pontos cegos de ambos os olhos, os testes de "preenchimento" são realizados com estímulos mais complicados.
Neste caso, as estrelas são colocadas em diferentes configurações — em um fundo de cor sólida; entre várias formas uniformes, coloridas; ou no centro de um retângulo colorido — cada um deles constitui um julgamento separado.
Respectivamente, esses três tipos de estímulos são destinados a olhar como o cérebro aborda perceptivelmente a uniformidade, padrões e continuidade do objeto.
Os mesmos passos são realizados para testes de localização de ponto cego, mas os participantes devem relatar o que observam quando a estrela desaparece — por exemplo, do meio de um retângulo colorido.
Quando a estrela está posicionada no ponto cego, espera-se que os cérebros dos participantes preencham essa informação sem informações com base na imagem circundante. Por exemplo, eles provavelmente relatarão ter visto um retângulo sólido e contínuo, dado o contexto local.
Para se preparar para o experimento, use um programa de edição de slides para criar os slides de estímulo, que consistem em diferentes formas aproximadamente do mesmo tamanho e posicionadas em lados opostos. Crie dois conjuntos para os olhos esquerdo e direito: um grupo para encontrar o ponto cego e os outros para os ensaios de preenchimento.
Saúda o participante quando eles chegarem, e sente-os em uma mesa. Explique que para todos os estímulos que eles estarão vendo, eles devem permanecer fixados no círculo.
Para começar a encontrar o ponto cego, entregue-lhes a folha de estímulo do olho esquerdo e uma cobertura opaca. Instrua o participante a bloquear o olho direito e segurar o papel à distância do braço, para que o círculo e a estrela estejam voltados para eles.
Observe para garantir que eles identifiquem a posição do ponto cego do olho esquerdo. Repita este procedimento para o olho direito: entregue-lhes uma nova folha de estímulo e peça-lhes para cobrir o olho esquerdo.
Uma vez localizados os pontos cegos para ambos os olhos, permita que o participante complete os três ensaios de preenchimento para cada olho.
Após cada teste, pergunte ao participante o que eles observaram quando a estrela desapareceu de seu campo visual, e registou suas respostas.
Para analisar os dados, identifique o que os participantes mais relataram ter visto durante os ensaios de preenchimento quando a estrela ocupou qualquer um dos pontos cegos de seus olhos — ou seja, quando a estrela desapareceu da vista.
Observe que para estímulos onde a estrela estava em um fundo amarelo, os participantes tendem a observar um espaço amarelo sólido, o que indica que o cérebro espera uniformidade na cor da superfície e preenche informações de ponto cego ausente em conformidade.
Em contraste, uma estrela posicionada em uma fileira de círculos vermelhos foi tipicamente substituída por um círculo da mesma cor e tamanho, sugerindo que o cérebro procura padrões.
No entanto, estrelas interrompendo retângulos apareceram preenchidas com a mesma cor do próprio retângulo, indicando que o cérebro espera a continuidade do objeto.
Coletivamente, esses resultados indicam que o cérebro cria experiências perceptivas baseadas no contexto — uniformidade, consistência baseada em padrões ou continuidade — de seu entorno.
Agora que você sabe como projetar um experimento baseado em ponto cego para investigar a percepção visual humana, vamos explorar outras maneiras que os pesquisadores aplicam essa técnica.
Até agora, focamos em pontos cegos típicos que resultam da posição do nervo óptico na retina.
No entanto, existem outros tipos de pontos cegos anormais, chamados de scotomas, que decorrem de danos na retina ou doenças, como a degeneração macular.
Nesses casos, os pesquisadores descobriram que quando os indivíduos apresentavam estímulos espaçados em uma matriz de baixa densidade, o ponto que aparecia na região de scotoma era percebido como faltando. Em contraste, com uma matriz de alta densidade, menos pontos foram relatados como ausentes, sugerindo que o cérebro é capaz de preencher certos padrões mesmo quando o dano existe.
Finalmente, muito trabalho visa identificar as áreas do cérebro envolvidas na criação de experiências perceptivas.
Ao emparelhar estímulos de preenchimento de ponto cego com a tecnologia de ressonância magnética, os pesquisadores conseguiram identificar regiões do córtex visual responsável pelo processamento de pontos cegos no campo visual.
É importante ressaltar que, quando os estímulos foram colocados em ponto cego, os neurônios do córtex visual associados responderam como se estivessem recebendo sinais externos, embora realmente não tenham obtido nenhuma entrada da retina.
Em outras palavras, essas células responderam como se o que os participantes percebissem em um ponto cego — o que o cérebro criou para preencher essa região — fosse um estímulo externo real.
Coletivamente, este trabalho sugere que os neurônios na parte inicial do sistema visual estão diretamente envolvidos na construção da experiência perceptiva.
Você acabou de assistir ao vídeo do JoVE explorando como pontos cegos podem ser usados para obter insights sobre a criação de experiência perceptiva do cérebro. Até agora, você deve saber como gerar diferentes tipos de estímulos de ponto cego, e coletar e interpretar dados de "preenchimento". Você também deve ter uma ideia de como os pesquisadores estudam os mecanismos e a neuro anatomia por trás da suplementação de ponto cego.
Obrigado por assistir!
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Results
Figura 3. Relatos perceptivos: O que os participantes relatam ter visto (mostrado na coluna direita) quando as imagens da coluna esquerda desaparecem no ponto cego. Os relatórios revelam vários princípios de como o cérebro cria experiência perceptiva. Mais amplamente, em todos os casos, o cérebro preenche o ponto cego como o conteúdo mais provável dado o contexto local.
A Figura 3 visualiza o que as pessoas relatam ver quando mostram os estímulos na Figura 2,ou seja, o que relatam ter visto quando a estrela desaparece porque ocupa seu ponto cego.
Os relatórios revelaram vários princípios de como o cérebro cria experiência perceptiva. O estímulo superior revelou que o cérebro tende a esperar uniformidade na cor da superfície, preenchendo assim o ponto cego para combinar com o fundo amarelo no restante da imagem. O estímulo médio revelou que o cérebro procura padrões, fazendo aqui que a experiência perceptiva inclua um círculo vermelho no ponto cego, a fim de completar o padrão predominante na região. O estímulo inferior revelou que o cérebro implementa expectativas sobre a continuidade do objeto. Quando a estrela ocupa o ponto cego, os observadores vêem um retângulo verde sólido, preenchendo as porções médias perdidas desse objeto. Assim, em geral, o cérebro preenche a experiência com o estímulo mais provável para ocupar o ponto cego. O que for mais provável dado o contexto é o que o cérebro faz com que as pessoas percebam.
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Applications and Summary
Como o cérebro preenche a percepção dentro do ponto cego, uma aplicação envolve estudos que buscam identificar as áreas cerebrais envolvidas na produção de experiência consciente. Por exemplo, por muito tempo, os pesquisadores não tinham certeza se a primeira parte do córtex visual humano, chamada V1, estava envolvida diretamente na produção de experiência consciente. Para abordar essa questão, os pesquisadores usaram fMRI (Ressonância Magnética Funcional) para medir respostas neurais nas regiões monoculares de V1 que mapearam até o ponto cego. 1 Em outras palavras, eles olharam para regiões neurais que só receberam entrada de um dos olhos, e ao mapear os pontos cegos de seus participantes, eles foram capazes de olhar para as respostas neurais especificamente quando a estimulação direta estava ausente, porque o estímulo foi colocado no ponto cego do olho relevante. O que deveria acontecer? Os neurônios não disparariam porque não recebiam nenhum sinal do mundo exterior? Em vez disso, os neurônios responderam como se estivessem sendo estimulados pelo que a pessoa percebeu naquele local - eles responderam como se as imagens que o cérebro preencheu estavam realmente produzindo estimulação externa. Isso sugere que esses neurônios em partes muito iniciais do sistema visual não estão apenas envolvidos na transmissão de sinais recebidos da retina, mas também na construção da própria experiência perceptiva.
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References
- Tong, F., & Engel, S. A. (2001). Interocular rivalry revealed in the human cortical blind-spot representation. Nature, 411(6834), 195-199.
