Os três neurônios que seguram o mundo parado

Um arco de três neurônios liga o ouvido interno aos músculos do olho e gira os globos contra a cabeça em cerca de dez milissegundos.

O corante atrasa quando o anel de vidro gira

Segure o celular a um palmo do rosto, com qualquer texto na tela, e balance a cabeça de um lado para o outro no ritmo de quem diz não. Não devagar: rápido, umas duas idas e voltas por segundo. As letras continuam legíveis.

Agora troque os papéis. Cabeça parada, e é o aparelho que balança na mão, no mesmo ritmo e na mesma amplitude. O texto some num borrão cinza antes da segunda ida.

Vale repetir o segundo teste com calma, porque ele é o mais estranho dos dois. Mesmo comandando o movimento com a própria mão, e sabendo para onde a tela vai, o olho não consegue acompanhar.

O deslocamento entre o olho e o texto é igual nos dois casos. A física da cena não mudou. O que mudou foi quem avisou o cérebro, e com quanta antecedência.

Quando a cabeça gira, um sensor dentro do crânio detecta a curva no instante em que ela começa e manda os olhos girarem na direção contrária, na mesma velocidade. A imagem fica parada na retina e o texto não sai do lugar.

Quando é o celular que gira, nenhum sensor de dentro do crânio tem o que informar. Sobra a visão para perseguir o alvo, e a perseguição visual é lenta: leva perto de cem milissegundos só para começar a se mexer, e se perde acima de uns poucos ciclos por segundo.

A diferença entre os dois testes cabe num número. O olho responde ao giro da cabeça em cerca de dez milissegundos, dez vezes mais rápido que a resposta visual. Rápido demais para caber em qualquer decisão consciente, e igual no escuro absoluto, sem nenhuma imagem para corrigir.

A explicação está numa das ligações mais curtas do sistema nervoso, um caminho que sai de um anel de líquido no ouvido interno e termina direto no músculo que puxa o globo ocular. Sem córtex no meio, sem decisão, sem espera.

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I  O Mecanismo

O líquido que chega atrasado na curva

Cada ouvido interno guarda três tubos ósseos em forma de arco, os canais semicirculares, montados em ângulos próximos de noventa graus entre si, como as três faces que se encontram no canto de uma caixa.

A disposição não é enfeite. Qualquer giro, em qualquer eixo, se reparte entre os três arcos e sai decomposto em três componentes. São seis tubos, três de cada lado.

Dentro deles corre a endolinfa, um líquido próprio. Numa das pontas de cada tubo existe um alargamento, a ampola, atravessado por uma aba de gelatina, a cúpula, que veda a passagem como uma porta de vaivém emperrada.

Quando a cabeça gira, o osso gira junto no mesmo instante. O líquido não. Ele fica para trás por inércia, empurra a cúpula e a entorta. O deslocamento é pequeno demais para ser visto a olho nu, e basta.

A cúpula tem exatamente a mesma densidade da endolinfa em volta, então não afunda nem boia, e a gravidade não a move. Ela responde a rotação e a mais nada, o que explica por que deitar de lado não engana o sistema.

A mesma igualdade de densidade explica um efeito conhecido por outro caminho. O álcool entra na gelatina da cúpula mais rápido do que se dilui no líquido em volta e a deixa mais leve, virando uma boia sensível à gravidade. Daí a cama que gira com a cabeça no travesseiro, e a inversão do sentido horas depois.

Sob a cúpula ficam as células ciliadas. Cada uma carrega um tufo de prolongamentos rígidos em ordem de altura. Entortar o tufo para o lado do mais alto abre canais iônicos e acelera os disparos do nervo, e entortar para o outro lado freia.

O detalhe que faz o sistema funcionar nos dois sentidos é o repouso. A fibra nervosa dispara perto de cem vezes por segundo com a cabeça imóvel. Um giro para um lado sobe a taxa, o giro contrário desce, e a direção sai do sinal da diferença.

Os canais horizontais dos dois lados ficam no mesmo plano e trabalham empurrando e puxando. Uma virada para a esquerda acelera o nervo esquerdo e freia o direito na mesma medida, e o tronco cerebral compara as duas contagens.

Do canal até o músculo do olho são três neurônios. O primeiro é a célula do nervo vestibular, que encosta na célula ciliada e leva o sinal para dentro do crânio. O segundo mora no núcleo vestibular, no tronco cerebral, e atravessa a linha média. O terceiro é o motoneurônio que puxa o músculo do olho do lado oposto.

O resultado é geométrico. Cabeça para a esquerda, olhos para a direita, na mesma velocidade angular. Um feixe curto amarra os dois núcleos, e as duas linhas de visão seguem apontadas para o mesmo ponto.

Três sinapses, cerca de um milissegundo cada, e o resto é condução. A latência medida em giros bruscos fica entre sete e quinze milissegundos. Quando o olho chega ao fim do curso na órbita, um pulo rápido o devolve ao início e a correção recomeça.

II  Por que Importa

O médico que parou de andar para ler

Em 1952, um médico publicou o relato do próprio caso no New England Journal of Medicine. Ele tinha tuberculose, tratou com estreptomicina, e o antibiótico apagou a função vestibular dos dois lados de uma vez.

O sintoma que ele descreveu primeiro não foi tontura. Foi a leitura. Andando pelo corredor do hospital, o nome escrito na porta dos quartos ficava ilegível a cada passo, e ele precisou aprender a parar e segurar a cabeça entre as mãos para conseguir ler.

Deitado, o mundo ficava firme. De pé e parado, aceitável. Em movimento, cada passo jogava a cena inteira para cima e para baixo, como se o chão batesse na imagem. O nome clínico do sintoma é oscilopsia.

A perda vem quase sempre pela farmácia. Os aminoglicosídeos, gentamicina e estreptomicina à frente, se acumulam na orelha interna e atacam preferencialmente as células ciliadas do labirinto, poupando boa parte da audição.

O estrago costuma ser definitivo. Ave e peixe repõem célula ciliada perdida, mamífero praticamente não repõe.

A perda dos dois lados é rara e mal diagnosticada. Um levantamento americano estimou vinte e oito casos em cada cem mil adultos, e boa parte deles passa anos rotulada como falta de equilíbrio, porque o paciente sentado no consultório parece normal.

O exame que separa uma coisa da outra leva dois segundos. O examinador segura a cabeça do paciente, dá um giro pequeno e rápido sem avisar, e olha fixo nos olhos dele. Com o reflexo íntegro, os olhos ficam travados no alvo. Sem ele, os olhos viajam junto e depois pulam de volta, e é o pulo que entrega o diagnóstico.

O outro teste mede o prejuízo em letras. O paciente lê uma tabela de acuidade com a cabeça parada, depois lê de novo com a cabeça balançando duas vezes por segundo. Quem perde três linhas ou mais na segunda leitura tem o reflexo comprometido.

A engenharia copiou o arranjo antes de saber que copiava. A estabilização óptica da câmera do celular segue o mesmo desenho: um giroscópio detecta a rotação e a lente compensa no sentido contrário em poucos milissegundos, sem esperar a análise da imagem. A estabilização por software compara quadro com quadro e chega sempre atrasada.

E há o caso em que o reflexo precisa ser desligado. Quando você gira a cabeça acompanhando a própria mão, ele tentaria empurrar os olhos para o lado oposto e tirar a mão do centro do campo. O cerebelo cancela o comando na hora.

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III  A Fonte

De Lorente de Nó em 1933 ao teste de impulso

Mémoires de l'Académie Royale des Sciences, 1830. Pierre Flourens seccionou canais semicirculares de pombos e registrou que o animal passava a mexer a cabeça justamente no plano do canal cortado. Foi a primeira prova de que aqueles tubos tratavam de movimento, e não de audição.

Physiologische Untersuchungen über das Endorgan des Nervus octavus, 1892. Julius Richard Ewald pressurizou o canal horizontal de pombos com um martelo pneumático e formulou as regras que levam o nome dele: a resposta sai no plano do canal estimulado, e a direção do fluxo decide o sentido.

Physiologie und Pathologie des Bogengangapparates beim Menschen, 1907. Robert Bárány levou o exame para a clínica com água morna e água fria no conduto auditivo, que criam corrente dentro do canal e disparam movimento ocular sem giro nenhum de cabeça. Rendeu a ele o Nobel de Medicina de 1914.

Archives of Neurology and Psychiatry, 1933, volume 30. Rafael Lorente de Nó, em Vestibulo-ocular reflex arc, mapeou a via inteira e batizou o arco de três neurônios. O nome pegou e continua no lugar.

New England Journal of Medicine, 1952, volume 246. Living without a balancing mechanism, de John Crawford, é o relato de um médico sobre o próprio labirinto perdido para a estreptomicina. Virou o texto mais citado da literatura sobre oscilopsia e foi reimpresso no British Journal of Ophthalmology em 1964.

The Journal of Physiology, 1976, volume 256. A. Gonshor e G. Melvill Jones, em Extreme vestibulo-ocular adaptation induced by prolonged optical reversal of vision, puseram voluntários para viver dias inteiros com prismas que invertem a imagem. O ganho do reflexo despencou e, com semanas de uso, chegou a trocar de sinal.

Journal of Neurophysiology, 1976, volume 39. David A. Robinson, em Adaptive gain control of vestibuloocular reflex by the cerebellum, mostrou que o flóculo cerebelar regula o ganho, o que explica a recalibração automática quando alguém troca o grau dos óculos.

Archives of Neurology, 1988, volume 45. Gabor Michael Halmagyi e Ian Curthoys, em A clinical sign of canal paresis, transformaram o giro brusco de cabeça em sinal clínico padronizado, sem equipamento nenhum.

Neurology, 2009, volume 73. Hamish MacDougall, Konrad Weber, Leigh McGarvie, Michael Halmagyi e Ian Curthoys, em The video head impulse test, acoplaram uma câmera de alta velocidade ao mesmo giro e passaram a flagrar o pulo corretivo rápido demais para o examinador enxergar.

Journal of Neurophysiology, 1996, volume 76. Swee Aw e colegas mediram o reflexo em três dimensões durante giros de alta aceleração e fixaram a latência humana em torno de sete a dez milissegundos.

O que segue em aberto é onde a calibração fica guardada. Flóculo cerebelar e núcleo vestibular disputam o endereço da memória que ajusta o ganho, e as duas escolas medem o mesmo animal há décadas sem fechar a conta.

Continue curioso. Mirabile dictu.

CIÊNCIA BIZARRA

Parece mentira. Mas é real e está provado