A fuga em 30 milissegundos

Os alunos acompanham um reflexo dos olhos até os músculos das pernas em cerca de 30 milissegundos e mostram que a fuga rápida depende de um único elo, a fibra gigante.

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.

Arcos reflexos

Uma via reflexa inteira em três partes: o lado sensorial (os neurônios de aproximação, que informam o que os olhos veem), um elo intermediário (a fibra gigante) e neurônios motores (os neurônios de salto). Diferente do reflexo patelar, aqui o caminho passa pelo cérebro.

Como a estrutura de uma rede determina o comportamento

O sinal se afunila de centenas de neurônios de aproximação para a fibra gigante. É por causa desse gargalo que silenciar um único tipo de célula elimina o comportamento.

Sinapses e neurotransmissores

A fibra gigante é grossa, e isso deixa o sinal rápido. Na mosca real, ela também usa sinapses elétricas, o tipo mais rápido; o modelo só tem sinapses químicas.

1. 5 min

   Pergunta de abertura

   Pergunte: “Por que é tão difícil acertar uma mosca?” Reúna algumas ideias e depois diga que a turma vai cronometrar a fuga da mosca e descobrir o fio por trás dela.

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 está descansando quando um mata-moscas vem para cima dele, e ele salta para longe em cerca de 30 milissegundos. A história prepara a pergunta: o que, em um cérebro, consegue ser tão rápido?

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

   De quais partes deste corpo a mosca precisa para fugir?

2. Cérebro

   O sinal começa nos olhos e termina nas pernas. Por onde ele precisa passar no caminho?

3. Circuito

   Centenas de células azuis e só duas linhas vermelhas, uma de cada lado. O que você nota no trajeto?

4. Neurônio

   Esta célula é excepcionalmente grossa. Por que um fio grosso ajudaria em uma fuga rápida?

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

   Um mata-moscas vem com tudo para cima da mosca. Toque em Estimular para disparar os neurônios de aproximação (vigias do mata-moscas).

   Os neurônios de aproximação, em azul, acendem primeiro, e a fibra gigante, em vermelho, vem quase no mesmo instante.

2. Passo 2

   Toque em Estimular de novo. Siga a fibra gigante (fio da fuga) descendo até o cordão nervoso (como uma medula).

   A atividade desce pela fibra gigante até o cordão nervoso, e os neurônios de salto, em amarelo, disparam em até 30 milissegundos no tempo da mosca.

3. Passo 3

   Agora toque em Silenciar na fibra gigante (fio da fuga). Nós mandamos o mata-moscas. Observe os neurônios de salto (os lançadores).

   O azul ainda acende, o vermelho fica apagado e o amarelo não dispara. A mosca viu o mata-moscas, mas a mensagem não chegou às pernas.

4. Passo 4

   Toque no botão da fibra gigante (fio da fuga) para ligar a fibra de novo. Nós mandamos o mesmo mata-moscas.

   O amarelo volta a disparar assim que a fibra gigante é ligada de novo.

Você silenciou a fibra gigante (fio da fuga). Por que os lançadores ficaram apagados?

A alternativa certa: O fio da fuga leva o sinal do salto até os lançadores.

A fibra gigante leva o sinal de salto dos neurônios de aproximação até os neurônios de salto. Com ela silenciada, a mosca ainda vê o mata-moscas, porque as células azuis acendem, mas o sinal para antes das pernas. Moscas reais também têm jeitos mais lentos de escapar, como diz o último passo da aula.

1. Esta fuga é mais rápida que um piscar de olhos. Que características da via a tornam tão rápida?
2. Por que pode ser vantajoso para um animal ter uma rota de fuga rápida e várias mais lentas?
3. Compare esta via com um reflexo humano que você conhece, como tirar a mão de algo quente. O que é igual e o que é diferente?

• Os alunos podem pensar: A mosca decide saltar.

  Como lidar com isso: O salto mais rápido funciona como um reflexo: as conexões levam o sinal direto até o fim. Fugas mais lentas deixam um pouco de tempo para mirar o salto, mas não para pensar no assunto.

• Os alunos podem pensar: Se a mosca não saltou, é porque não viu o mata-moscas.

  Como lidar com isso: O passo de silenciar separa as duas coisas. Os neurônios de aproximação disparam, então a mosca viu. Ver e agir são etapas diferentes de uma mesma via.

• Os alunos podem pensar: Um único neurônio não faz diferença em um cérebro inteiro.

  Como lidar com isso: Aqui, um único tipo de célula leva todo o sinal rápido. Sempre que uma via se afunila em poucas células, cada uma delas importa muito.

A lista completa, com números

Neurônios de aproximação.

Células nervosas atrás dos olhos da mosca que disparam quando algo cresce rápido na visão, como um mata-moscas chegando perto. Os cientistas as chamam de LC4 e LPLC2.

Fibra gigante.

Uma célula nervosa muito grossa que vai do cérebro até o cordão nervoso. Ela leva o sinal de fuga mais rápido da mosca. Uma mosca tem duas, uma de cada lado.

Cordão nervoso.

A versão da mosca para a medula espinhal: um feixe de células nervosas no tórax que controla as pernas e as asas.

Neurônios de salto.

Neurônios motores que fazem contrair os músculos de salto das pernas do meio, e assim a mosca se lança no ar.

Arco reflexo.

O caminho de um reflexo: dos neurônios sensoriais, passando por uma ou mais células intermediárias, até os neurônios motores que movem um músculo.

Neurônio sensorial.

Um neurônio que capta algo do mundo, como a luz ou um cheiro, e avisa o cérebro.

Neurônio motor.

Um neurônio que leva um comando até um músculo e o faz contrair.

Sinapse elétrica.

Um canal direto entre dois neurônios que passa o sinal quase sem atraso. O mapa por trás das aulas registra só sinapses químicas.

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