Información

¿Cómo se transmite la información del color del ojo al cerebro a través del nervio óptico?


Supongo que tiene algo que ver con sinapsis y sustancias químicas específicas que inician cargas específicas a través de los subcomponentes del nervio óptico, y que esto es interpretado de alguna manera por el cerebro para configurar una imagen real; pero con toda honestidad no tengo ni idea.

El ojo es, obviamente, bastante complejo, y como todavía no estoy asociado masivamente con toda la terminología, agradecería una respuesta en términos sencillos.


La visión del color en términos sencillos:

Los ojos contienen una capa fotosensible muy parecida a una cámara digital llamada retina. En el centro de esta capa hay un punto de 3 mm de ancho llamado fóvea que contiene altas densidades de células fotosensibles, llamado conos. Los conos están hambrientos de fotones y funcionan solo con luz brillante (visión fotópica). Se les llama conos por su forma cónica. Los bastones abundan en la periferia y median la visión nocturna en escala de grises (visión escotópica).

Los conos en la fóvea están presentes en tres tipos: conos rojos, verdes y azules; por lo tanto, transmiten imágenes en color muy parecidas a las imágenes digitales, es decir, como un grupo de píxeles con una mezcla de rojo, verde y azul.

Los conos de la retina son las primeras células nerviosas (llamadas neuronas) de una larga cadena de neuronas. Por tanto, los conos se denominan neuronas primarias. Se conectan a neuronas secundarias, a saber, las células ganglionares de la retina (RGC). Estas células tienen protuberancias largas llamadas axones. Estos axones se agrupan para formar el nervio óptico. Cada cono de la fóvea se conecta a un RGC. El nervio óptico se extiende desde la retina hasta el cerebro. La información se envía a través del nervio óptico en forma de pulsos eléctricos, al igual que un chip fotosensible opera en una cámara. La información del nervio óptico finalmente llega a la corteza visual primaria en el cerebro, también conocida como V1 o corteza estriada (Fig. 1).

En la corteza visual, hay un mapa retinotópico, lo que significa que existe una representación topográfica en el cerebro que coincide con la imagen retiniana. En otras palabras, las imágenes se proyectan fielmente en la superficie del cerebro como actividad neuronal. El trabajo del cerebro es procesar más estas imágenes y generar percepciones conscientes a partir de ellas; vemos con el cerebro, no con los ojos (una cita famosa de Bach-y-Rita).


Fig. 1. El sistema visual. fuente: IEEE

Referencias
- Kolb et al., Webvision. La organización de la retina y el sistema visual. Universidad de Utah
- Purves et al., Neurociencia 2Dakota del Norte ed. Sunderland (MA): Sinauer Associates; 2001


¿Cómo se codifica la información entre el ojo y el cerebro?

Tomando una visión muy simplista y potencialmente ingenua del ojo, este capta la luz (o "información") que estimula los bastoncillos y los que se encuentran en la retina. Luego, esta información se transmite a lo largo del nervio óptico hasta el cerebro.

Esta información debe codificarse de alguna forma, ¿sabemos cómo se codifica?

No estoy seguro de qué tipo de respuesta estás buscando, así que no dudes en ofrecer una pregunta de seguimiento si no respondo la pregunta que tienes. ¿Te refieres a qué tipos de señales llevan información a lo largo del nervio óptico desde la retina al cerebro, o cómo está organizado, o la neuroanatomía? Sin embargo, aquí & # x27s un tutorial.

La retina tiene esencialmente tres capas de células: una capa posterior de fotorreceptores (bastones y conos), una capa intermedia de células bipolares y células ganglionares de la retina. Los fotorreceptores se activan en respuesta a la luz de una determinada región del mundo externo, por lo que en este sentido su activación puede formar un código de dónde están las cosas en el entorno. Esta información se comunica a las células bipolares y luego a las células ganglionares de la retina, donde ya comienza a ocurrir el procesamiento preliminar. Si está interesado en muchos más detalles sobre esto, aquí tiene un artículo de revisión fascinante sobre lo que sabemos sobre los cálculos que ocurren en la retina, aunque no es de acceso público. El TLDR es que, incluso en la retina, los cálculos comienzan a hacer cosas como afilar los bordes, procesar el movimiento de formas relativamente complejas y más.

Cada célula ganglionar de la retina recibe información de múltiples fotorreceptores (por lo que este es un ejemplo de compresión neural), pero aún está organizada de manera que las células ganglionares cercanas representan señales de regiones cercanas del espacio. Las células ganglionares envían su información por el nervio óptico hasta el cerebro, donde llega al núcleo geniculado lateral del tálamo y luego pasa a las áreas visuales tempranas de la corteza occipital y a otras partes para su procesamiento posterior.

Eso es un bosquejo del camino que siguen las señales desde la retina hasta el cerebro. Si está preguntando qué tipos de señales incluye esto, las neuronas como las células ganglionares de la retina transmiten información a través de potenciales de acción como otras neuronas.


Todos lo tenemos & # 8211 El & # 8220 Punto ciego & # 8221

La siguiente imagen muestra la impresión visual de un ojo izquierdo sano: ¿por qué se muestra un círculo negro justo a la izquierda del centro? Esta es la parte que el ojo izquierdo sano no ve: el punto ciego que todos tienen en el ojo izquierdo y derecho. Podría decir: "No, yo no, no tengo un área ciega en los ojos, puedo ver todo". Te mostraremos en este blog que incluso con una visión completamente sana, ¡esto no es cierto!

¿Qué es el punto ciego?

El interior de cada ojo está revestido con la retina, que mapea todo lo que vemos como una imagen general, punto por punto, y lo convierte en señales eléctricas. Estas señales se transmiten al cerebro a través de fibras nerviosas. Todas las fibras nerviosas de la retina se unen en una posición definida en el ojo y crean un haz de nervios. Este haz progresa hacia el cerebro en forma del llamado nervio óptico, donde las señales se procesan aún más. Sólo entonces "vemos". En esta posición definida en el cerebro, en el punto donde el nervio óptico conecta el ojo con el cerebro, no hay retina. Es en esta posición que parte de la imagen general no está mapeada y, por lo tanto, no se ve. En este momento estamos efectivamente ciegos, este es el "punto ciego".

Esto se explica mejor con imágenes:

Imagen 1: Diagrama de un ojo humano con retina, nervio óptico y punto ciego

© Caerbannog a través de Wikimedia Commons (https://commons.wikimedia.org/wiki/File:Evolution_eye.svg)

1. Retina 2. Fibras nerviosas 3. Nervio óptico 4. Punto ciego

Imagen 2: Mitad modelo de la parte posterior del ojo, que muestra la retina, los vasos sanguíneos sustentadores y la entrada del nervio óptico (mostrado en blanco)

La retina cubre la mitad interna posterior del ojo y está formada por conos (responsables de la visión del color) y bastones (visión clara-oscura). Durante el desarrollo de un bebé en el útero, la retina se crea como una protuberancia inmediata del cerebro, por lo tanto, las células sensibles a la luz se dirigen al lado interno de la cabeza. Por lo tanto, las fibras nerviosas que dirigen la información desde la célula sensible a la luz al cerebro se encuentran en el lado interno del ojo. Para poder transportar la información al cerebro, las fibras nerviosas deben atravesar la retina. Esto lo hace el haz del nervio óptico en un punto determinado, el punto ciego, alrededor de 15 grados periféricamente (en el ojo izquierdo hacia el periférico izquierdo, en el ojo derecho hacia el periférico derecho).

Debido a que la posición del punto ciego es diferente en cada ojo, el otro ojo respectivo ve la imagen general para completar la imagen.

Ahora dirá: "Aún así, tendría que tener un área ciega, p. Ej. cuando me tapo el ojo derecho y solo veo con el izquierdo. Pero no hay ninguno ". Bueno, no has considerado la astucia de nuestro cerebro. Extrapola la imagen más probable en esta área a partir de la información visual en los bordes del punto ciego y simplemente la completa. Esta parte de la imagen es de creación propia.

Dado que se trata de un área muy pequeña, y dado que la mayoría de las veces vemos la imagen general con ambos ojos, es muy poco probable que perdamos una parte importante de nuestro entorno a través del punto ciego. Sin embargo, hay algunos pequeños experimentos visuales que pueden demostrar la existencia del punto ciego de manera bastante sorprendente.

Experimento 1

Mire el detalle de esta imagen. En el lado izquierdo verá tres pájaros azules, en el lado derecho un pájaro rojo.

Ahora por favor cubra su ojo izquierdo.

Con el ojo derecho fíjese en el pájaro azul de la izquierda y mueva la cabeza lentamente hacia la pantalla y luego hacia atrás.

¿Te diste cuenta? ¡En cierta posición, el pájaro rojo desaparece repentinamente!

La distancia a la pantalla depende del tamaño de su pantalla. Cuanto más grande sea la pantalla, más atrás tendrás que mover la cabeza. ¡Solo inténtalo!

Sólo cuando "burles" el ojo y el cerebro, como en esta prueba, puede hacer que el punto ciego sea "visible".

Experimento 2

Mira a este encantador caballero directamente a los ojos, cúbrase el ojo derecho y mueva la cabeza hacia la pantalla y viceversa ¡Verás que la moneda desaparece repentinamente, como por arte de magia!

Puntos ciegos y daño neurológico

Los puntos ciegos son un aspecto normal de nuestra visión y no causan ningún problema visual. Un derrame cerebral u otro daño cerebral a menudo causa daño a la vía visual en el cerebro, y esto puede causar áreas ciegas mucho más grandes en nuestra visión: hemianopsia homónima, quandrantanopía o un escotoma. Estos pueden provocar un deterioro severo de la visión y tener un impacto en la vida diaria. NeuroEyeCoach y la terapia de restauración de la visión de NovaVision están diseñados específicamente para ayudar a las personas que han sufrido un derrame cerebral u otro daño cerebral y que, como resultado, tienen un defecto visual. Contáctenos para más información.


De celdas a circuitos

De manera similar, otro proyecto, EyeWire, comenzó clasificando los tipos de células en la retina como un paso hacia la comprensión de cómo las neuronas forman circuitos. Dirigido por Sebastian Seung, Ph.D., profesor de ciencias de la computación en el Instituto de Neurociencia de Princeton, EyeWire es un proyecto de ciencia ciudadana que ha acumulado un "museo" interactivo en 3D en línea de tipos de células de la retina, así como sus conexiones con otras neuronas.

El proyecto comenzó con el escaneo por microscopía electrónica 3D de una sección de la retina de un ratón. El resultado fueron millones de imágenes transversales en escala de grises 2D que carecen de información de profundidad. Seung y su equipo recurrieron al crowdsourcing público en busca de ayuda para traducir las imágenes en escala de grises en coloridas representaciones en 3D de las neuronas. El juego en línea EyeWire asigna a cada jugador un cubo de imágenes microscópicas: cada cubo es solo una fracción del ancho de un solo cabello. Los jugadores ganan puntos seleccionando y coloreando la ruta de las ramas de una neurona a través de su cubo en colaboración con un algoritmo de inteligencia artificial.

Desde 2012, los jugadores de EyeWire han mapeado miles de neuronas de la retina, incluidas casi 400 células ganglionares de la retina, los tipos de células que forman el nervio óptico que conecta el ojo y el cerebro. 4 Además, el proyecto identificó seis nuevos tipos de neuronas en la retina y reconstruyó circuitos previamente desconocidos.

El conjunto de datos MICrONS presenta una capa de la corteza visual del ratón obtenida a una resolución de 3,58 x 3,58 x 40 nm que muestra las dendritas y axones de las neuronas excitadoras y sus sinapsis. Crédito: microns-explorer.org

Del mismo modo, se está llevando a cabo un proyecto financiado por BRAIN recientemente lanzado para reconstruir unas 100.000 neuronas y sus sinapsis en el tejido cerebral. El programa Machine Intelligence from Cortical Networks (MICrONS Explorer) está desarrollando una herramienta de visualización que presenta neuronas corticales excitadoras de la corteza visual primaria del ratón. El conjunto de datos incluye reconstrucciones de circuitos basadas en microscopía electrónica, junto con la conectividad correspondiente y los datos de imágenes funcionales recopilados por un consorcio de laboratorios y dirigido por investigadores financiados por NEI, Seung en Princeton R Clay Reid, MD, Ph.D., el Instituto Allen para Brain Science y Andreas Tolias, Ph.D., Baylor College of Medicine.


Resumen

En el clásico "Lo que el ojo de la rana le dice al cerebro de la rana", Lettvin y sus colegas [1] demostraron que los diferentes tipos de células ganglionares de la retina envían tipos específicos de información. Por ejemplo, un tipo responde mejor a una forma oscura y convexa que se mueve centrípetamente (una mosca). Aquí consideramos una pregunta complementaria: ¿cómo mucho ¿La información que envía la retina y cómo se distribuye entre los diferentes tipos de células? Grabando desde la retina de cobaya en una matriz de múltiples electrodos y presentando varios tipos de movimiento en escenas naturales, medimos las tasas de información para siete tipos de células ganglionares. Las tasas medias variaron entre los tipos de células (6–13 bits · s −1) más que entre los estímulos. Las células lentas transmitían información a velocidades más bajas que las células rápidas, pero debido a las compensaciones entre el ruido y la correlación temporal, todos los tipos tenían la misma eficiencia de codificación. Calculando las proporciones de cada tipo de célula a partir del tamaño del campo receptivo y el factor de cobertura, llegamos a la conclusión (asumiendo la independencia) que las aproximadamente 105 células ganglionares transmiten en el orden de 875.000 bits · s −1. Debido a que las células lentas son igualmente eficientes pero más numerosas, representan la mayor parte de la información. Con aproximadamente 106 células ganglionares, la retina humana transmitiría datos aproximadamente a la velocidad de una conexión Ethernet.


Blanqueo y reciclaje

Estructuralmente, la rodopsina se clasifica como una cromoproteína (cromo es una raíz de origen griego que significa "color"). Está compuesto por opsina (una proteína incolora) y 11-cis-retiniana (11-cis-retinaldehído), una molécula pigmentada derivada de la vitamina A. Cuando el ojo se expone a la luz, el 11-cis-el componente retiniano de la rodopsina se convierte en todo-trans-retinal, lo que resulta en un cambio fundamental en la configuración de la molécula de rodopsina. El cambio de configuración inicia una cascada de fototransducción dentro de la barra, mediante la cual la luz se convierte en una señal eléctrica que luego se transmite a lo largo del nervio óptico hasta la corteza visual en el cerebro. El cambio en la configuración también hace que la opsina se disocie de la retina, lo que resulta en un blanqueamiento. El blanqueamiento limita el grado en que se estimulan los bastones, disminuyendo su sensibilidad a la luz brillante y permitiendo que las células del cono (el otro tipo de fotorreceptor en la retina) medien la visión en ambientes brillantes.

Todos-trans-retinal que se libera durante el blanqueamiento se almacena o se cambia de nuevo a 11-cis-retiniana y transportada de regreso a las varillas. Este último proceso, que se conoce como reciclaje, permite la regeneración de rodopsina. La regeneración de la rodopsina tiene lugar en la oscuridad y es fundamental para la adaptación a la oscuridad, cuando los niveles de rodopsina, agotados por el blanqueamiento en un entorno con mucha luz, aumentan gradualmente, lo que permite que los bastoncillos se vuelvan cada vez más sensibles a la luz tenue.


¿Cómo funciona la visión?

Resolver el problema de convertir la luz en ideas, de comprender visualmente las características y los objetos del mundo, es una tarea compleja que va mucho más allá de las capacidades de las computadoras más poderosas del mundo. La visión requiere extraer el primer plano del fondo, reconocer los objetos presentados en una amplia gama de orientaciones e interpretar con precisión las señales espaciales. Los mecanismos neuronales de la percepción visual ofrecen una rica visión de cómo el cerebro maneja situaciones tan complejas desde el punto de vista informático.

La percepción visual comienza tan pronto como el ojo enfoca la luz en la retina, donde es absorbida por una capa de células fotorreceptoras. Estas células convierten la luz en señales electroquímicas y se dividen en dos tipos, bastones y conos, llamados así por su forma. Las células bastón son responsables de nuestra visión nocturna y responden bien a la luz tenue. Los bastones se encuentran principalmente en las regiones periféricas de la retina, por lo que la mayoría de las personas descubrirán que pueden ver mejor por la noche si enfocan su mirada hacia el lado de lo que estén observando.

Las células cónicas se concentran en una región central de la retina llamada fóvea y son responsables de tareas de alta agudeza como la lectura y también de la visión de los colores. Los conos se pueden subcategorizar en tres tipos, dependiendo de cómo respondan a la luz roja, verde y azul. En combinación, estos tres tipos de conos nos permiten percibir el color.

Las señales de las células fotorreceptoras pasan a través de una red de interneuronas en la segunda capa de la retina hasta las células ganglionares de la tercera capa. Las neuronas en estas dos capas retinianas exhiben campos receptivos complejos que les permiten detectar cambios de contraste dentro de una imagen, estos cambios podrían indicar bordes o sombras. Las células ganglionares recopilan esta información junto con otra información sobre el color y envían su salida al cerebro a través del nervio óptico.

El nervio óptico dirige principalmente la información a través del tálamo a la corteza cerebral, donde se produce la percepción visual, pero el nervio también transporta la información necesaria para la mecánica de la visión a dos sitios del tronco encefálico. El primero de estos sitios es un grupo de células (un núcleo) llamado pretecto, que controla el tamaño de la pupila en respuesta a la intensidad de la luz. La información relativa a los objetivos en movimiento y la información que rige el escaneo de los ojos viaja a un segundo sitio en el tronco del encéfalo, un núcleo llamado colículo superior. El colículo superior se encarga de mover los ojos en saltos cortos, llamados sacádicos. Los movimientos sacádicos permiten que el cerebro perciba un escaneo suave uniendo una serie de imágenes relativamente fijas. El movimiento sacádico del ojo resuelve el problema de la borrosidad extrema que resultaría si los ojos pudieran desplazarse suavemente a través de un paisaje visual. Los movimientos sacádicos se pueden observar fácilmente si observa los ojos de alguien mientras intentan mover la mirada a través de una habitación.

La mayoría de las proyecciones de la retina viajan a través del nervio óptico a una parte del tálamo llamada núcleo geniculado lateral (LGN), en lo profundo del centro del cerebro. El LGN separa las entradas de la retina en corrientes paralelas, una que contiene color y estructura fina y la otra que contiene contraste y movimiento. Las células que procesan el color y la estructura fina constituyen las cuatro superiores de las seis capas del LGN, esas cuatro se denominan capas parvocelulares, porque las células son pequeñas. Las células que procesan el contraste y el movimiento forman las dos capas inferiores del LGN, llamadas capas magnocelulares porque las células son grandes.

Las células de las capas magnocelular y parvocelular se proyectan hasta la parte posterior del cerebro hasta la corteza visual primaria (V1). Las celdas en V1 están organizadas de varias formas que permiten al sistema visual calcular dónde están los objetos en el espacio. Primero, las células V1 se organizan retinotópicamente, lo que significa que existe un mapa punto a punto entre la retina y la corteza visual primaria, y las áreas vecinas en la retina corresponden a áreas vecinas en V1. Esto permite que V1 coloque objetos en dos dimensiones del mundo visual, horizontal y vertical. La tercera dimensión, la profundidad, se mapea en V1 comparando las señales de los dos ojos. Esas señales se procesan en pilas de células llamadas columnas de dominancia ocular, un patrón de tablero de ajedrez de conexiones que se alternan entre el ojo izquierdo y el derecho. Una ligera discrepancia en la posición de un objeto con respecto a cada ojo permite calcular la profundidad mediante triangulación.

Finalmente, V1 está organizado en columnas de orientación, pilas de celdas que están fuertemente activadas por líneas de una orientación dada. Las columnas de orientación permiten a V1 detectar los bordes de los objetos en el mundo visual, y así comienzan la compleja tarea del reconocimiento visual. La organización columnar de la corteza visual primaria fue descrita por primera vez por David Hubel y Torsten Wiesel, lo que resultó en su Premio Nobel de 1981.

Curiosamente, esta organización columnar de tablero de ajedrez de V1 es extremadamente confusa al nacer. La corteza visual de un bebé recién nacido tiene una hipertrofia, o crecimiento excesivo, de conexiones al azar que deben podarse cuidadosamente, según la experiencia visual, en columnas claramente definidas. En realidad, es una reducción en el número de conexiones, no un aumento, lo que mejora la capacidad del bebé para ver los detalles finos y reconocer formas y patrones.

Este tipo de refinamiento dependiente de la actividad no se limita a V1, sino que ocurre en muchas áreas de la corteza cerebral. Al mismo tiempo que la capacidad de discriminar líneas y bordes está mejorando en la corteza visual primaria, las células de la corteza visual secundaria, V2, están refinando su capacidad para interpretar colores. V2 es en gran parte responsable del fenómeno de la constancia del color, lo que explica el hecho de que una rosa roja todavía nos parezca roja bajo muchos colores diferentes de iluminación. Se cree que la constancia del color ocurre porque V2 puede comparar un objeto y la iluminación ambiental, y puede restar el color de iluminación estimado; sin embargo, este proceso está fuertemente influenciado por el color que el espectador espera que sea el objeto.

De hecho, casi todas las características de la visión de orden superior están influenciadas por expectativas basadas en experiencias pasadas. Esta característica se extiende a la percepción del color y la forma en V3 y V4, al reconocimiento de caras y objetos en el lóbulo temporal inferior, y al movimiento y la conciencia espacial en el lóbulo parietal. Aunque tales influencias ocasionalmente permiten engañar al cerebro con una percepción errónea, como es el caso de las ilusiones ópticas, también nos dan la capacidad de ver y responder al mundo visual muy rápidamente. Desde la detección de luz y oscuridad en la retina, a la abstracción de líneas y bordes en V1, a la interpretación de objetos y sus relaciones espaciales en áreas visuales superiores, cada tarea en la percepción visual ilustra la eficiencia y fuerza del sistema visual humano. .


¿Cómo comprobará mi oftalmólogo si hay uveítis?

El diagnóstico de uveítis incluye un examen minucioso y el registro del historial médico completo del paciente. Se pueden realizar pruebas de laboratorio para descartar una infección o un trastorno autoinmunitario.

A menudo se realizará una evaluación del sistema nervioso central en pacientes con un subgrupo de uveítis intermedia, denominada pars planitis, para determinar si tienen esclerosis múltiple, que a menudo se asocia con pars planitis.

Los exámenes de la vista que se utilizan incluyen:

  • Una tabla optométrica o una prueba de agudeza visual. Esta prueba mide si la visión de un paciente ha disminuido.
  • Un examen funduscópico. La pupila se ensancha (dilata) con gotas para los ojos y luego se muestra una luz a través de un instrumento llamado oftalmoscopio para inspeccionar de manera no invasiva la parte posterior, dentro del ojo.
  • Presión ocular. Un instrumento, como un tonómetro o un tonopen, mide la presión dentro del ojo. Se pueden usar gotas que adormecen el ojo para esta prueba.
  • Un examen con lámpara de hendidura. Una lámpara de hendidura inspecciona de forma no invasiva gran parte del ojo. Puede inspeccionar las partes delantera y trasera del ojo y algunas lámparas pueden estar equipadas con un tonómetro para medir la presión ocular. Durante el examen, se puede agregar al ojo un tinte llamado fluoresceína, que hace que los vasos sanguíneos sean más fáciles de ver. El tinte solo tiñe el ojo temporalmente.

Neurofisiología del lenguaje y mapeo cognitivo

7.3.1 Mapeo cerebral del sistema visual y cognición visuoespacial

La resección del tumor cerca de la vía visual puede provocar la pérdida de una parte del campo óptico con un impacto dramático en la calidad de vida de los pacientes. Los déficits visuales pueden evitarse mediante tareas intraoperatorias específicas [54] que suelen consistir en una serie de imágenes o estímulos visuales presentados en el campo visual contralateral. Los DES de la radiación óptica y las cortezas parietales posteriores pueden producir fosfenos o déficits temporales del campo visual [55,56]. Además, el déficit visuoespacial (es decir, heminegligencia), normalmente asociado con la resección parietal derecha, puede producir un impacto negativo en el resultado de la rehabilitación y en la calidad de vida de los pacientes [57,58]. Los déficits visuoespaciales posoperatorios pueden prevenirse intraoperatoriamente pidiendo al paciente que realice tareas que requieran una exploración visuoespacial adecuada del campo visual. Algunos ejemplos incluyen las tareas de bisección de línea [59,60] y las tareas de búsqueda visual [61]. Se pueden encontrar errores durante el mapeo de las cortezas parietal y temporal derechas, así como durante el DES de la vía subcortical (es decir, fascículos occipitofrontales longitudinales superiores y superiores) que sirven a la conciencia espacial [61,62].


¿Cómo se transmite la información del color del ojo al cerebro a través del nervio óptico? - biología

El ojo no es solo una lente que toma fotografías y las convierte en señales eléctricas, es la primera parte de un elaborado sistema que conduce a "ver". Al igual que con todos los vertebrados, las células nerviosas del ojo humano separan una imagen en diferentes canales de imagen una vez que se ha proyectado en la retina y la información clasificada previamente se transmite al cerebro como secuencias de imágenes paralelas.

La percepción del cerebro es otra cuestión. Para muchas especies animales, "ver" es uno de los sentidos más importantes porque cada segundo los ojos registran una gran cantidad de impresiones que son convertidas por las células fotorreceptoras en señales eléctricas; ese procesamiento de imágenes comienza en la retina del ojo, donde el nervio las células separan la información visual en imágenes con contenido diferente antes de transmitirlas al cerebro.

Para entender algo tan complejo como "ver", los científicos examinaron un sistema algo más simple pero extremadamente eficiente: el cerebro de la mosca de la fruta. A pesar de su pequeño tamaño, las moscas de la fruta son candidatas ideales para este tipo de investigación porque son maestras del procesamiento visual, la cantidad de células nerviosas involucradas es manejable, lo que significa que cada célula individual puede ser examinada y las herramientas genéticas hacen posible bloquear células individuales y analizar su papel en el sistema.


Cada ojo individual en el ojo compuesto de la mosca percibe cambios de contraste "activados" y "desactivados". Esta información se divide justo detrás de cada ojo individual (flecha azul). Las celdas L1 solo transmiten información sobre los bordes "activos" ("luz encendida"), las celdas L2 solo sobre los bordes "desactivados" ("luz apagada") a las celdas de salida (verde). Crédito: Instituto Max Planck de Neurobiología / Schorner

Al igual que los vertebrados, la mosca también transmite imágenes directamente desde las células sensoriales a varios canales de imagen. Luego, la información se transmite a través de una serie de otras células a células nerviosas grandes y sensibles al movimiento. Estas celdas de salida del sistema de visión de movimiento son responsables del control de vuelo visual.

Los científicos determinaron la separación temprana en diferentes imágenes bloqueando ciertas células mediante ingeniería genética. Luego expusieron a las moscas a patrones de rayas en movimiento en una arena de LED y registraron las respuestas eléctricas de las grandes celdas de salida. Los diversos cambios de contraste, que se producen como resultado del movimiento de la franja, son percibidos por los fotorreceptores del ojo. Sin embargo, cinco células nerviosas, las células de la lámina L1 a L5, están ubicadas directamente detrás de cada célula sensorial.

"Nos habíamos preguntado durante mucho tiempo por qué hay tantas células, cuál de ellas transmite información al sistema de visión en movimiento, y qué tipo de información es esta", informa Alexander Borst del Instituto Max Planck de Neurobiología, quien dirigió el estudio. Su equipo suprimió la actividad de las células laminares individuales mientras las moscas observaban los patrones en movimiento. Los experimentos revelaron que las células L1 y L2 son los principales canales de entrada al sistema de visión de movimiento de las moscas. Se volvió emocionante cuando el equipo descubrió que las células transmiten solo cierta información parcial: L1 solo responde si pasa un borde oscuro / brillante (luz encendida), mientras que L2 solo transmite información sobre un borde brillante / oscuro en movimiento (luz apagada). Esto representa un claro paralelo con los ojos de los vertebrados, donde las células bipolares ON y OFF, como se las conoce, también responden solo a cambios de contraste específicos.

"No puede ser una coincidencia que encontremos esta separación de información de contraste en todos los vertebrados y ahora también en las moscas", dice Borst. Él tiene una hipótesis sobre por qué este cableado se ha mantenido de manera tan constante a lo largo de la evolución: permite que el cerebro ahorre energía. Si solo una celda transmitiera la información sobre los diversos cambios de contraste, tendría que mantener un voltaje de membrana básico, que se intensificaría en una situación de "luz encendida" y se debilitaría en una situación de "luz apagada". Un voltaje de membrana tan básico requiere energía. Por lo tanto, tener dos celdas es más eficiente, ya que solo una necesita estar activa cuando ocurre "su" cambio de contraste.

Cita: Maximilian Joesch, Bettina Schnell, Shamprasad Varija Raghu, Dierk F. Reiff, Alexander Borst, 'ON and OFF pathways in Drosophila motion vision', Nature 468, 300-304 (10 de noviembre de 2010) doi: 10.1038 / nature09545


Ver el vídeo: Cómo se transmite la información (Enero 2022).