E27 Gravidade, Aceleração e Rotação

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O sistema vestibular do indivíduo que percebe detecta simultaneamente a gravidade, a aceleração linear e a velocidade angular por meio de dois tipos distintos de órgãos: o utrículo e o sáculo, que detectam a aceleração linear e a gravidade usando seus próprios otólitos, e os três canais semicirculares, que detectam a aceleração angular ao longo dos três planos do espaço. A física de todo esse sistema vestibular é, em última análise, a de um mecanossensor inercial com amortecimento viscoso.

Cada otólito no utrículo e no sáculo é muito mais denso do que a endolinfa que o circunda nesses mesmos órgãos. Essa diferença de densidade gera uma força resultante que deflete os estereocílios das células ciliadas localizadas diretamente abaixo do otólito, seguindo a mesma mecânica de contato e deformação descrita em outro modelo desse sistema para um mecanorreceptor cutâneo. Essa mesma deflexão é, portanto, proporcional à aceleração linear experimentada pelo otólito, incluindo a gravidade com a qual este modelo foi aberto. É precisamente essa proporcionalidade que permite ao cérebro do observador inferir sua própria orientação em relação a essa vertical, exatamente de acordo com a mesma inferência ativa sobre esse ambiente já estabelecida por outro modelo desse sistema. Quanto maior a aceleração linear experimentada pelo otólito, maior a deflexão dos estereocílios abaixo dele.

A dinâmica de cada canal semicircular nesse sistema vestibular, no entanto, é a de um oscilador subamortecido: esse canal semicircular responde à velocidade angular do observador, não à sua posição angular, detectando, portanto, apenas o início e o fim de uma rotação desse mesmo corpo. Quando esse corpo gira a uma velocidade angular constante por um período prolongado, o sinal desse canal semicircular decai, consequentemente, para um estado estacionário muito mais baixo, seguindo precisamente a mesma adaptação de um sensor biológico que estabelece outro modelo desse sistema: esse mesmo sistema vestibular se adapta a essa rotação agora constante, produzindo a conhecida ilusão giroscópica, na qual o observador deixa de sentir que ainda está girando, embora na realidade ainda esteja. Se essa rotação do corpo for mantida a uma velocidade angular constante por um período mais longo, o sinal desse canal semicircular decairá ainda mais até atingir esse estado estacionário inferior.

A transdução mecanoelétrica das células ciliadas nesse sistema vestibular segue uma curva sigmoidal em resposta à deflexão de seus próprios estereocílios: a corrente iônica que passa por esses canais da célula ciliada atinge seu máximo quando os estereocílios estão curvados para um lado específico da célula e seu mínimo quando estão curvados para o lado oposto. A magnitude dessa deflexão necessária para passar dessa corrente mínima para essa corrente quase máxima é, portanto, extraordinariamente pequena, comparável, em última análise, ao comprimento de uma única ligação atômica — uma sensibilidade extrema muito semelhante à já estabelecida por outro modelo desse sistema para um sensor biológico particularmente sensível. O fato de essa deflexão dos estereocílios dessa célula ciliada estar mais inclinada para esse lado específico da célula significa que, de acordo com essa mesma curva sigmoidal, a corrente iônica que a atravessa está, consequentemente, mais próxima de seu valor máximo.

Portanto, este modelo, com seus otólitos e canais semicirculares, permite que a gravidade seja usada como referência vertical absoluta por praticamente todos os organismos com sistema nervoso: um estatocisto de um invertebrado marinho, o sistema vestibular de um vertebrado e até mesmo o estatocisto de uma planta dentro de suas próprias células radiculares, todos utilizam o mesmo princípio físico que levou à criação deste modelo — um corpo denso que se acomoda sob a ação da gravidade e, consequentemente, deforma uma estrutura elástica, que por sua vez ativa um sensor específico. A resolução angular deste sistema vestibular humano é, portanto, suficiente para manter o controle postural, embora muito mais modesta do que a extrema sensibilidade das células ciliadas mencionada anteriormente.

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