Como uma mosca sabe para onde está virada

Os alunos veem que um anel de neurônios guarda a direção da mosca como uma única mancha de atividade e que a inibição vinda dos neurônios em anel mantém essa mancha no lugar.

Uma tela compartilhada ajuda, mas é opcional: um projetor, uma TV ou uma tela de computador que a turma toda veja. Os alunos precisam de qualquer aparelho com acesso à internet, de preferência um para cada dupla: notebook, tablet ou celular. Não é preciso instalar nada nem criar conta. Cada aula começa com um guia rápido de como ler a tela, e todo termo científico pode ser tocado para abrir uma explicação.

Excitação e inibição

O exemplo mais claro das três aulas. Os neurônios de giro excitam a bússola e empurram a bolha; os neurônios em anel a inibem e mantêm a bolha parada.

Sinapses e neurotransmissores

A previsão é que os neurônios em anel liberem GABA, um neurotransmissor que inibe. Os neurônios da bússola e os de giro liberam acetilcolina, que excita.

Como a estrutura de uma rede determina o comportamento

Os neurônios da bússola estão ligados em anel, e é esse formato que permite que uma única bolha de atividade represente uma direção.

1. 5 min

   Pergunta de abertura

   Pergunte: “Feche os olhos e dê uma volta. Como você ainda sabe para onde está virado?” Depois diga que a mosca faz isso com um pequeno anel de células, e que a turma está prestes a empurrá-las de um lado para o outro.

2. 10 min

   Demonstração com o “Me mostre como funciona”

   Mostre a aula no modo sala de aula em uma tela compartilhada (projetor, TV ou tela de computador) e toque em “Me mostre como funciona”. Leia cada passo em voz alta enquanto ele acontece. Sem tela compartilhada, os alunos abrem a mesma demonstração nos próprios aparelhos. A demonstração para na pergunta da aula: deixe-a sem resposta por enquanto.

3. 20 min

   Os alunos exploram

   Os alunos trabalham em duplas, nos próprios aparelhos, com a folha de atividades. Eles escrevem uma previsão antes de cada toque, fazem a aula, respondem à pergunta dela e experimentam a exploração livre.

4. 10 min

   Discussão

   Reúna as respostas das duplas à pergunta da aula e depois use as perguntas para discussão abaixo. Termine com o que o modelo deixa de fora.

Dror vai em direção a uma fresta de luz, uma corrente de ar o faz virar, e ele corrige o rumo. A história prepara a pergunta: como um cérebro sabe para onde o corpo está virado?

A aula começa com uma história em quadrinhos curta sobre Dror, a mosca. Leia os quadrinhos em voz alta ou deixe que os alunos leiam; leva cerca de um minuto. O último quadrinho volta na tela de missão concluída.

Projete a aula. Pare em cada um dos quatro níveis e faça a pergunta dele antes de aproximar. Os botões de nível levam direto a qualquer nível, e o botão da lupa reabre o zoom em qualquer ponto da aula.

1. Mosca

   A mosca não tem mapa nem GPS. O que ela poderia usar para manter um rumo reto?

2. Cérebro

   A quais sentidos uma bússola aqui dentro precisaria prestar atenção?

3. Circuito

   Estas células formam um anel. Por que um anel seria um bom formato para uma bússola?

4. Neurônio

   Esta é uma célula de direção. Se ela dispara, o que você acha que ela diz sobre para onde a mosca está virada?

O corpo e o cérebro vêm de duas moscas diferentes, mostradas juntas em seus tamanhos reais. Diga isso à turma.

Antes da etapa de silenciar, os alunos escolhem o que acham que vai acontecer. Primeiro peça que levantem a mão para votar. Nada vale nota, e errar o palpite não custa nada.

1. Passo 1

   Toque em Estimular para disparar os neurônios de giro (sinal para virar) da esquerda. Depois observe o mostrador da bússola.

   Uma mancha de neurônios da bússola, em verde, acende de um lado do anel, e o ponteiro do mostrador aponta para ela. Essa mancha é a bolha.

2. Passo 2

   Agora toque em Estimular nos neurônios de giro (o outro sinal) da direita. Fique de olho na bolha.

   A bolha gira pelo mostrador. Os dois sinais para virar a empurram em sentidos opostos.

3. Passo 3

   Toque em Silenciar nos neurônios em anel (mensageiros da paisagem). Eles trazem o que a mosca vê. Nós disparamos o sinal para virar à direita para você.

   Com os neurônios em anel, em violeta, desligados, o mesmo sinal deixa a bolha vagando em vez de parar em um ponto.

4. Passo 4

   Toque no botão dos neurônios em anel (mensageiros da paisagem) para ligar os neurônios de novo. Nós mandamos o mesmo sinal para virar.

   A bolha volta a ficar firme no lugar. Compare o mostrador com o do passo anterior.

Você silenciou os mensageiros da paisagem (as células violeta). Por que a bolha saiu do lugar?

A alternativa certa: Nada dizia à bússola onde estavam os pontos de referência, então a bolha escorregou.

Nada informou à bússola onde estavam os pontos de referência, então nada segurou a bolha no lugar. O sinal para virar chegou mesmo assim, porque as células verdes acenderam; o que faltou foi uma âncora, não uma entrada. Para alunos mais velhos: neste modelo, a âncora é a inibição vinda dos neurônios em anel.

1. Por que um anel é um bom formato para células que registram a direção?
2. Os neurônios em anel acalmam outras células em vez de excitá-las. Como desligar células pode ajudar uma rede a funcionar melhor?
3. As pessoas também perdem o senso de direção no escuro ou na neblina. O que isso tem em comum com o passo de silenciar?

• Os alunos podem pensar: A mosca tem uma bússola magnética, como a de um celular.

  Como lidar com isso: Esta bússola é um padrão de atividade que a mosca atualiza com os próprios giros e com o que ela vê. Nada neste circuito detecta magnetismo.

• Os alunos podem pensar: Quanto mais células ativas, melhor o sinal.

  Como lidar com isso: Compare os dois últimos passos: tirar a inibição piorou a bússola. A inibição faz parte do funcionamento do circuito.

• Os alunos podem pensar: A bolha é um objeto que viaja pelo cérebro.

  Como lidar com isso: Nenhuma célula se move. Células vizinhas se revezam na atividade, como uma ola dando a volta na arquibancada de um estádio.

A lista completa, com números

Neurônios de giro.

Células nervosas que disparam quando a mosca vira e empurram a bolha ao redor da bússola. Os cientistas as chamam de neurônios P-EN2.

Neurônios da bússola.

Um anel de células nervosas que registra para onde a mosca está virada. Os cientistas as chamam de neurônios E-PG.

Bolha de atividade.

A região de neurônios da bússola que estão ativos. O lugar dela no anel mostra para onde a mosca está virada.

Neurônios em anel.

Células nervosas que levam à bússola o que a mosca vê, como pontos de referência. Elas acalmam os neurônios da bússola, e isso segura a bolha no lugar.

Ponto de referência.

Algo que a mosca vê e que fica no lugar, como o sol ou uma árvore. A mosca usa isso para manter firme o senso de direção.

Ponte protocerebral.

Uma parte do cérebro da mosca em forma de barra, a ponte protocerebral. Os neurônios da bússola e os neurônios de giro passam por ela.

Esta seção ainda não foi preenchida. A correspondência com o currículo oficial de biologia está sendo confirmada com professores de biologia.