¿Cómo se vuelven a ensamblar las imágenes de la retina en el cerebro? Investigadores en Munich y Tuebingen encuentran que el procesamiento de estímulos visuales ocurre en la primera estación de ruta en el camino a la corteza visual, pero no todas las entradas se tratan por igual.
En los seres humanos, el sistema visual recopila hasta el 80% de todos los datos sensoriales recibidos del entorno. Para dar sentido a este diluvio de información óptica, las entradas visuales que son captadas y convertidas en señales electroquímicas por los aproximadamente 130 millones de células sensibles a la luz en la retina son alimentadas y procesadas por una compleja red de células nerviosas en el cerebro. La forma en que el cerebro logra llevar a cabo esta tarea todavía no se comprende completamente.
Sin embargo, una imagen más detallada de los pasos involucrados es esencial para un mayor desarrollo de los sistemas visuales artificiales. Ahora, un equipo liderado por la neurobióloga Laura Busse de Ludwig-Maximilians-Universitaet (LMU) en Munich, en cooperación con Thomas Euler y Philipp Berens, ha logrado arrojar nueva luz sobre un tema de larga data y controvertido en este campo. En un artículo que aparece en Neuron, los investigadores demuestran que las señales entrantes procedentes de la retina se someten a un procesamiento y ponderación selectivos en la primera estación neuronal de la vía funcional que conecta la retina con la corteza visual.
En el ratón, la imagen visual que incide en la retina es recibida por más de 30 tipos de células ganglionares especializadas y funcionalmente distintas. Estos diferentes tipos de células responden de diferentes maneras a la entrada de los fotorreceptores. Por ejemplo, algunos reaccionan selectivamente a los contrastes oscuros, mientras que otros son sensibles a patrones espaciales particulares. Los flujos de información que emanan de este paso del procesamiento de la retina se transmiten en varios canales paralelos al cerebro.
“Los primates parecen poseer un conjunto igualmente diverso de células ganglionares de la retina, y esto probablemente también sea cierto para los humanos”, dice Busse. “Al usar el ratón como sistema modelo, hemos preguntado qué tipos de células ganglionares se proyectan en el tálamo visual, y si la información que llega allí simplemente se transmite, o si está sujeta a procesamiento y transformación”. El tálamo visual es la primera estación en el camino hacia la corteza cerebral, y esta vía de procesamiento es, entre otras cosas, responsable de la percepción y el análisis de la forma y del reconocimiento de objetos.
Ambas preguntas planteadas por Busse y sus colegas han sido el foco de controversiales debates. Por un lado, los estudios funcionales parecían argumentar en contra del procesamiento de la entrada de ganglios en el tálamo. Sin embargo, estudios anatómicos recientes han demostrado que las células individuales en el tálamo pueden recibir información de más de 90 células ganglionares de la retina, lo que sugiere fuertemente que estas células talámicas tienen un papel de procesamiento selectivo y / o integrativo.
En un trabajo de estrecha colaboración, los equipos en Munich y ahora investigan qué sucede con las señales entrantes en el tálamo visual del ratón. Utilizaron una serie de estímulos visuales controlados diseñados para evocar un rango de respuestas, como cambiar de oscuro a brillante o viceversa, y alteraciones en el contraste o cambios en el período de una señal parpadeante, y analizaron las reacciones tanto de la retina como de las células del tálamo. Encontraron que la mayoría de los tipos de células ganglionares de la retina transmiten información al tálamo visual.
Luego utilizaron los resultados de sus mediciones electrofisiológicas para construir un modelo de computadora que les permitió deducir cuáles y cuántas de estas células contribuyen a la respuesta del tálamo. “El modelo indicó que la respuesta de una célula individual del tálamo depende de no más de cinco tipos diferentes de células ganglionares de la retina”, dice Busse. Esa célula combina esencialmente las señales recibidas de estos cinco tipos de células, pero no todas tienen el mismo peso. En cambio, la información recibida de dos tipos de células de entrada domina la señal de salida emitida por cualquier célula de tálamo dada. Las señales aportadas por los otros tres tienen poca influencia sobre la forma de la salida, de modo que esta última a menudo muestra un gran parecido con la entrada proporcionada por una de las células ganglionares de la retina.
Sin embargo, según los autores, las señales débiles transmitidas por los tipos de células no dominantes pueden hacer que el sistema visual sea más robusto a los errores computacionales, por ejemplo, al mejorar las conexiones funcionales entre las células de la red en los casos en donde un solo ganglio retiniano se proyecta a muchas células diferentes en el tálamo. También es posible que las ponderaciones relativas de las señales puedan variar, para permitir que diferentes combinaciones de entrada se procesen dinámicamente durante los procesos de aprendizaje, por ejemplo. “En cualquier caso, el tálamo no es simplemente una estación de retransmisión pasiva entre la retina y el cerebro. También sirve como un sitio de procesamiento de señales y desempeña un papel importante en la ponderación relativa de las señales entrantes”.
Más informacion: Román Rosón et al. Mouse dLGN Receives Functional Input from a Diverse Population of Retinal Ganglion Cells with Limited Convergence, Neuron (2019). DOI: 10.1016/j.neuron.2019.01.040
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