4 de enero de 2019

Un descubrimiento sorpresa revela un segundo sistema visual

Un descubrimiento sorpresa revela un segundo sistema visual
GETTY//ZOONAR RF - ARCHIVO

MADRID, 4 Ene. (EUROPA PRESS) -

El sistema visual es probablemente la parte mejor entendida del cerebro. Durante los últimos 75 años, los neurocientíficos han reunido una descripción detallada de cómo las ondas de luz que entran en sus ojos permiten reconocer el rostro de nuestra abuela, rastrear un halcón en vuelo o leer una oración. Pero un nuevo estudio realizado por investigadores de la Universidad de California (UC) San Francisco, en Estados Unidos, está poniendo en tela de juicio un aspecto fundamental de la ciencia de la visión, lo que demuestra que incluso las partes mejor estudiadas del cerebro aún pueden contener muchas sorpresas.

De acuerdo con el modelo estándar de procesamiento visual, toda la información visual de la retina debe pasar primero a través de la corteza visual primaria (V1) en la parte posterior del cerebro, que extrae características simples como líneas y bordes, antes de distribuirse a un número de "áreas visuales de orden superior" que extraen características cada vez más complejas como formas, sombreado, movimiento, etcétera.

El nuevo estudio, publicado en la edición digital de este viernes de 'Science', muestra por primera vez que una de estas áreas visuales de orden supuestamente superior, que está involucrada en la percepción de objetos en movimiento, no depende en absoluto de la información de V1. En cambio, esta región, conocida como la corteza postrrenal (POR), parece obtener datos visuales directamente de un centro de procesamiento sensorial evolutivamente antiguo en la base del cerebro llamado colículo superior.

"Es como si hubiéramos descubierto una segunda corteza visual primaria", dice el autor principal del estudio, Massimo Scanziani, profesor de Fisiología en la UCSF e investigador del Instituto Médico Howard Hughes. "Esto socava todo el concepto del sistema visual en la corteza de los mamíferos como una jerarquía perfecta con V1 como el guardián y plantea una multitud de preguntas, incluyendo cómo estos dos sistemas visuales paralelos evolucionaron y cómo cooperan para producir una experiencia visual unificada", agrega.

El colículo superior ancestral (llamado tectum óptico en los no mamíferos) es el principal centro de procesamiento sensorial en las criaturas con poca o ninguna corteza, como los peces, los anfibios, los lagartos y las aves. Está particularmente en sintonía con el movimiento y vinculado a los comportamientos reflexivos: por ejemplo, la capacidad de una rana para atrapar una mosca del aire con su lengua o la capacidad de un pez para alejarse de un depredador que se avecina.

Sin embargo, el colículo superior no desapareció con el desarrollo de la corteza en los mamíferos. En primates, incluidos los humanos, se ha relacionado con formas rápidas e inconscientes de procesamiento visual, como saltar con miedo cuando ves un palo que parece una serpiente, o atrapar automáticamente una pelota que te lanzan a la cara.

También puede jugar un papel en dirigir el foco de atención de la atención visual (por ejemplo, cuando estamos esperando que un semáforo se vuelva verde o examinar una escena atestada para buscar a alguien con un sombrero de rayas rojo y blanco en particular). Pero en el nuevo artículo es la primera vez que alguien muestra que este sistema evolutivamente antiguo tiene un espacio dedicado en la corteza.

NUEVAS PREGUNTAS SOBRE LA EVOLUCIÓN DEL CEREBRO

La investigación se inició cuando el autor principal Riccardo Beltramo, investigador postdoctoral en el laboratorio de Scanziani, estaba registrando respuestas neuronales a los estímulos visuales en movimiento en el ratón POR, que se sabe que juega un papel en la percepción del movimiento y en la memoria espacial.

Utilizó una técnica llamada optogenética para silenciar temporalmente la actividad en V1 con luz, con la esperanza de confirmar su expectativa de que las respuestas POR dependen del flujo de información a través de la jerarquía visual estándar. Pero para su sorpresa, descubrió que las neuronas POR continuaban respondiendo a los estímulos en movimiento, incluso sin la aportación de V1.

"Fue absolutamente notable -reslata Beltramo--. Silenciamos el área visual principal en la corteza y las respuestas visuales en POR no se vieron afectadas. Ese fue el primer gran momento de sorpresa que nos dijo que estábamos en algo completamente inesperado".

Si las respuestas de POR a los objetos en movimiento no venían de V1, se preguntó Beltramo, ¿cómo llegaron allí? Debe haber otro camino que conecte el POR con la información visual procedente de la retina, razonó. Para identificar esta vía visual paralela, Beltramo utilizó inyecciones de virus diseñados a medida que etiquetan las neuronas que están conectadas entre sí. Esto le permitió mostrar que las neuronas POR obtienen dos fuentes de información anatómica: una de V1 y otra del colículo superior, cada una de ellas dirigida a distintas zonas del tálamo, la estación central de relevo del cerebro.

Para confirmar que el colículo superior estaba impulsando las respuestas de POR al movimiento, Beltramo utilizó la optogenética para silenciar sistemáticamente V1 o el colículo superior mientras grababa desde POR. Demostró que, a diferencia de inactivar V1, apagar el colículo superior hizo que la actividad de POR desapareciera por completo. De hecho, el colículo superior parece ser crítico para la capacidad de POR para rastrear objetos en movimiento, algo que los investigadores encontraron que las entradas V1 de POR no podían hacer por sí mismas.

El estudio plantea preguntas fundamentales sobre la evolución del cerebro y su funcionamiento. Se necesita más investigación para probar si las respuestas visuales en áreas similares a POR de los cerebros de primates como nosotros también dependen de los aportes de los coliculios superiores, así como de cómo la actividad impulsada por V1 y por el colículo interactúan para influir en el comportamiento de los animales, dicen los autores.

"Tenemos la hipótesis de que POR, que antes se consideraba un área visual de orden superior, podría ser una especie de corteza visual 'primaria', similar a una corteza visual aviar, de reptiles o aviar temprana simple, y que puede estar dedicada a la detección de que algo se está moviendo en el ambiente, ya sea pequeño, una presa cercana o un gran depredador distante", dice Beltramo.

"Desde esta perspectiva, quizás V1 agregaría a esta información una discriminación más precisa de la naturaleza del objeto en movimiento, como su ubicación exacta o si es un escarabajo potencialmente sabroso o un escorpión potencialmente mortal", apostilla.

Sobre la base de estudios anteriores, el recién descubierto sistema superior de colículo-POR también podría estar vinculado a respuestas de miedo, atención espacial y navegación, o incluso reconocimiento facial: todas las especialidades de la región de la corteza temporal en la que se encuentra POR.

Los hallazgos también podrían tener implicaciones para un fenómeno intrigante llamado "visión ciega", en el que las personas que se vuelven ciegas por daño de V1 todavía pueden identificar las posiciones de los objetos y navegar por los obstáculos, aunque no puedan percibirlos conscientemente. Sobre la base de estudios en primates, se cree que la visión ciega depende del colículo superior, pero el nuevo estudio sugiere que también podría involucrar áreas del córtex similares a POR.

"Este es uno de esos hallazgos que genera muchas preguntas en lugar de responder a ninguna, porque, como muchos descubrimientos, presenta preguntas que nadie sabía que debían hacer", concluye Scanziani.