Na pesquisa sobre comportamento de enxame, um novo método possibilita a análise automática dos movimentos oculares de peixes – sem procedimentos invasivos e em 3D. Pesquisadores do Cluster de Excelência em Comportamento Coletivo e do Instituto Max Planck de Comportamento Animal em Konstanz explicam por que isso é importante para a compreensão das "regras do enxame".
Cardumes de peixes são exemplos fascinantes de comportamento coletivo animal. Milhares de peixes se movem em sincronia quase perfeita, mesmo que cada indivíduo tenha apenas uma compreensão muito limitada do ambiente ao seu redor. Como eles conseguem essa coordenação aparentemente sem esforço com tão pouca informação sobre o ambiente? E que sinais visuais um peixe individual percebe em meio a esse cardume tão dinâmico?
Para investigar isso, cientistas do Cluster de Excelência em Comportamento Coletivo e do Instituto Max Planck de Comportamento Animal desenvolveram uma nova tecnologia: novo método de rastreamento ocular 3D Permite rastrear automaticamente os movimentos oculares de peixes em natação livre, utilizando apenas gravações de vídeo dos peixes, sem necessidade de qualquer intervenção no animal.
Mas por que é importante entender o campo visual dos peixes, tanto como uma imagem retiniana quanto em 3D? De forma bastante simples: para entender as "regras do comportamento coletivo", precisamos ser capazes de avaliar quais informações estão disponíveis para cada membro individual do cardume. Por exemplo, os movimentos de um cardume são baseados em milhares de decisões tomadas por seus peixes individuais. Se um peixe muda sua direção de movimento, quais fatores influenciaram essa decisão? Quais outros peixes estavam em seu campo de visão, usando-os para orientação? Quais outros peixes, por sua vez, reagiram a isso? Quais regras comportamentais os cardumes de peixes seguem e em quais percepções sensoriais essas decisões se baseiam?
Os cientistas do Cluster de Excelência "Comportamento Coletivo" investigam as interações entre indivíduos dentro de um coletivo, desde peixes a bandos de pássaros, de gafanhotos a grandes manadas de animais que migram entre continentes. Suas pesquisas geralmente envolvem a filmagem de grupos de animais, tanto em laboratório quanto na natureza. As gravações são então analisadas usando visão computacional. Um algoritmo de computador avalia a posição e a postura corporal de cada indivíduo dentro do grupo a cada milissegundo e as compara entre si. Para isso, é crucial reconstruir o campo visual de cada peixe individual – pois somente assim podemos entender o que cada animal realmente percebeu e se isso influenciou seus movimentos subsequentes. É aqui que entra em ação o novo método de rastreamento ocular.
Reconstruir o campo visual de peixes em natação livre não é uma tarefa totalmente simples. Rastrear apenas a posição dos olhos é insuficiente; é preciso sempre considerar os olhos em relação à posição do corpo do animal. Para os cientistas, era fundamental que não fossem necessárias intervenções nos animais, ou seja, que não fosse preciso equipá-los com lentes oculares.
“Nosso novo método não invasivo atende a todos esses requisitos”, explica Liang Li, que desempenhou um papel fundamental no desenvolvimento da tecnologia. “Usando as gravações da câmera, primeiro reconstruímos a postura corporal 3D do peixe, em segundo lugar a posição exata do olho – que, como nos humanos, pode se mover na órbita ocular – e em terceiro lugar a imagem da retina, para que possamos ver o que eles veem.”
Outra grande vantagem do novo método é que o comportamento dos peixes é analisado em 3D. Os métodos anteriores geralmente se baseavam em gravações 2D e, portanto, não capturavam completamente a atividade tridimensional dentro do cardume. Além disso, nenhuma intervenção com os peixes é necessária; eles simplesmente nadam livremente no tanque e são gravados pelas câmeras. São necessárias pelo menos duas câmeras, mas o sistema pode ser expandido para tanques maiores com o uso de câmeras adicionais – quanto mais câmeras, mais precisa a análise.
“Compreender como os animais percebem o ambiente e interagem com seus parceiros sociais é crucial para decifrar os mecanismos por trás do comportamento coletivo”, enfatiza Liang Li. “Nosso método de rastreamento ocular nos dá acesso preciso à percepção visual de peixes em movimento livre.”
O novo método já foi utilizado em experimentos comportamentais iniciais com peixinhos dourados. Esses experimentos examinaram o campo visual de um peixinho dourado seguindo um congénere nadando à sua frente. "A reconstrução da imagem retiniana mostra que os peixinhos dourados ajustam dinamicamente os movimentos oculares para que a imagem do peixe à frente permaneça constantemente no centro da retina", explica Ruiheng Wu, primeiro autor da publicação correspondente na revista Communications Biology.
Além disso, os pesquisadores observaram sinais de "sincronização negativa" dos olhos, o que significa que os olhos giram em direções opostas em vez de se alinharem paralelamente: quando o olho esquerdo foca em um peixe vizinho e acompanha seus movimentos, o olho direito frequentemente gira exatamente na direção oposta. Em experimentos futuros, Liang Li planeja investigar se isso também ocorre em outras espécies de peixes – e se, em peixes predadores, ambos os olhos acabam se alinhando quando focam em suas presas.
Publicação original
Wu, R., Deussen, O., Couzin, ID, Li, L. Rastreamento ocular não invasivo e reconstrução da visão retiniana em peixes de cardume nadando livremente. Commun Biol 7, 1636 (2024).
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