22 junho 2019

A realidade virtual na ponta de língua

De comestível para irresistível: criar realidades de sabor virtuais com luz.

A realidade virtual na ponta de língua

O optoPAD é um sistema recentemente desenvolvido, destinado a criar realidades virtuais para estudar sensações gustativas. Combina avançadas técnicas de óptica e de genética com dispositivos tácteis para monitorizar e controlar comportamentos alimentares e sensações gustativas na mosca da fruta. Este novo sistema, que já está a ser disponibilizado gratuitamente à comunidade científica, alarga significativamente o conjunto de ferramentas disponíveis para estudar ocomportamentoalimentarneste modelo animal – o que, por sua vez, poderá fornecer informações importantes sobre os circuitos neurais subjacentes à escolha de alimentos.

A mosca já não come há um dia e está a morrer de fome. Finalmente, encontra um montinho de matéria gelatinosa comestível. Começa a comer quando, de repente, aparece uma luz verde – e a comida, que há instantes estava longe de parecer uma delícia, torna-se irresistivelmente doce. A mosca, excitada pela súbita melhoria, come agora com maior afinco. Mas o seu entusiasmo diminui rapidamente mal a luz verde desaparece e o sabor da comida volta à sua sensaboria inicial.

Poder-se-ia pensar que o entusiasmo da mosca resultou da adição de um adoçante, ou de algum tipo de delírio temporário do insecto. Mas não. A resposta está num domínio que até há pouco tempo seria considerado pura ficção científica.

"A experiência da mosca foi muito real. Sentiu um sabor virtual criado pela manipulação directa dos seus neurónios gustativos", diz Carlos Ribeiro, que lidera o laboratório de Comportamento e Metabolismo do Centro Champalimaud, em Lisboa, Portugal. Juntamente com sua equipa, Ribeiro desenvolveu o optoPAD, um sistema que cria "realidades virtuais de sensações gustativas" que os cientistas podem fazer corresponder, de forma flexível, com o comportamento da mosca. Os cientistas descrevem a nova tecnologia num artigo publicado na revista Elife.

Realidades gustativas virtuais

O segundo elemento do optoPAD é um sistema adicional, anteriormente desenvolvido no laboratório, chamado flyPAD. "O flyPAD usa tecnologia táctil para monitorizar o comportamento alimentar da mosca. Tal como o nosso telemóvel é capaz de detectar o toque do nosso dedo no ecrã, o flyPAD é capaz de detectar cada toque que a mosca dá na comida", explica José-Maria Moreira, um dos co-autores principais do estudo.

Combinando o flyPAD com a optogenética, os cientistas conseguiram superar um dos principais desafios da investigação sobre o comportamento alimentar: controlar com precisão as sensações gustativas.

Ao contrário das informações auditivas ou visuais, que podem ser alteradas instantaneamente e independentemente do que o animal estiver a fazer, as informações de sabor só podem ser recebidas quando os animais tocam voluntariamente com a língua na comida – ou, no caso da mosca, com a probóscide. "Com o optoPAD, conseguimos monitorizar de forma contínua o comportamento da mosca e ter a certeza de que vamos alterar o sabor da comida (via a optogenética) no preciso instante em que a mosca está em contacto com a comida", explica Moreira.

Para além do sabor

Por exemplo, é possível fazer com que a mosca coma em excesso ao activar com a optogenética os neurónios detectores de sabores doces; ou, pelo contrário, fazer com que a mosca pare totalmente de se alimentar, seja qual for o seu grau de fome, activando os neurónios detectores de sabores amargos.

Para os cientistas, manipular o sabor é um bom começo, mas não chega. "Desenvolvemos o optoPAD porque estamos interessados em perceber como o cérebro toma uma das decisões mais fundamentais para a nossa saúde: que alimento comer", diz Dennis Goldschmidt, outro dos co-autores principais do estudo. "Mas a escolha alimentar não depende apenas do sabor, muitas regiões cerebrais estão envolvidas, por isso quisemos garantir que o optoPAD também podia ser usado para estudar a actividade dos neurónios em qualquer parte do cérebro."

Como os neurónios gustativos estão localizados na boca da mosca, o que os torna facilmente acessíveis à luz necessária para a sua manipulação, a equipa escolheu um alvo mais difícil: neurónios situados numa área central do cérebro que se sabe estarem envolvidos nos comportamentos de fuga das moscas.

Os resultados foram claros: "Tal como esperávamos, a estimulação destes 'neurónios da fuga' fez com que as moscas dessem um salto e parassem de se alimentar, mostrando que, de facto, conseguimos estudar qualquer neurónio, independentemente de sua localização, para perceber o seu papel no circuito cerebral da alimentação", diz Goldschmidt.

Próximos passos

A equipa está a preparar-se para iniciar uma série de novas experiências – e já está a partilhar a nova e promissora tecnologia com a comunidade científica, disponibilizando gratuitamente todos os desenhos do equipamento e o software aqui. "Esperamos que a flexibilidade do optoPAD permita aos investigadores não só estudar o comportamento alimentar, mas também explorar como as moscas adaptam o seu comportamento a características ambientais complexas – o que, por sua vez, poderá levar à identificação de novos circuitos e computações neuronais", conclui Ribeiro.

Por Liad Hollender, editora de ciência no Gabinete de Comunicação de Ciência da Champalimaud Research

Legenda da imagem: De comestível para irresistível: criar realidades de sabor virtuais com luz. Ilustração: Diogo Matias

Publicado na ar magazine.

Original article reference: José-Maria Moreira*, Pavel M. Itskov*, Dennis Goldschmidt*, Célia Baltazar, Kathrin Steck, Ibrahim Tastekin, Samuel J. Walker, Carlos Ribeiro. (2019). optoPAD, a closed-loop optogenetics system to study the circuit basis of feeding behaviors.eLife.