Marzo 25, 2009
La Jolla, CA—El sistema visual tiene una capacidad limitada y no puede procesar todo lo que cae sobre la retina. En cambio, el cerebro depende de la atención para enfocar los detalles más destacados y filtrar el desorden de fondo. Dos estudios recientes realizados por investigadores del Instituto Salk de Estudios Biológicos, un estudio que emplea técnicas de modelado computacional y el otro técnicas experimentales, han ayudado a desentrañar los mecanismos subyacentes a la atención.
"En la visualización cotidiana, un detalle visual que es el objetivo de nuestra atención generalmente está rodeado de una gran cantidad de estímulos que son momentáneamente irrelevantes para el comportamiento", dice John H Reynolds, Ph.D., profesor asociado en el Laboratorio de Neurobiología de Sistemas en el Instituto Salk, quien dirigió el estudio publicado en la edición del 26 de marzo de 2009 de la revista Neurona. "La atención dirige dinámicamente la información relevante a las áreas de toma de decisiones del cerebro y suprime el desorden circundante".
Pero cómo el cerebro logra esta hazaña ha sido tema de mucho debate. En una edición anterior de Neurona Reynolds y David J. Heeger, Ph.D., profesor del Departamento de Psicología y del Centro de Ciencias Neurales de la NYU, propusieron un nuevo modelo teórico de atención. Su modelo sugiere que la atención coopta el mismo circuito neuronal utilizado por el sistema visual para ajustar su sensibilidad, lo que nos permite percibir el mundo independientemente de los grandes cambios en el contraste y la iluminación durante el día.
Arriba: Dirigir la atención al bajista en el centro inmuniza la neurona de los efectos supresores de los estímulos visuales en el entorno y no nos distrae el resto de la orquesta. Abajo: Cuando en cambio dirigimos nuestra atención a un estímulo en el entorno (digamos el violinista), se suprime la respuesta de la neurona al bajista ahora irrelevante.
Imagen: Cortesía del Instituto Salk de Estudios Biológicos.
"El papel central de la atención en la percepción se conoce desde los albores de la psicología experimental. Se ha realizado una enorme cantidad de investigaciones sobre el tema, pero datos experimentales aparentemente contradictorios han desconcertado a los investigadores durante años", dice Reynolds. "Nuestro modelo reunió lo que parecía una mezcolanza de observaciones dentro de un marco simple, y nuestro último estudio probó y confirmó las predicciones de la teoría".
La fuerza de la entrada visual fluctúa en órdenes de magnitud. El sistema visual reacciona automáticamente a estos cambios ajustando su sensibilidad, volviéndose más sensible en respuesta a entradas débiles y reduciendo la sensibilidad a entradas fuertes. Por ejemplo, cuando entramos en una sala de conferencias a oscuras en un día soleado, al principio vemos poco, pero con el tiempo nuestro sistema visual se adapta y aumenta su sensibilidad para adaptarse al entorno.
Una versión más sutil de esto es el llamado control de ganancia de contraste. "Dedique unos minutos a mirar una fotografía de Ansel Adams. Descubrirá que su sistema visual se adaptará a las partes de la imagen con poco contraste, revelando sutilezas que al principio eran invisibles", explica Reynolds.
Heeger propuso un modelo simple pero poderoso del circuito cortical que ayuda a mediar en esta forma de control automático de ganancia. "Creemos que este circuito ha sido cooptado a través de la evolución, permitiendo al cerebro explotar el mismo circuito para ajustar su sensibilidad de forma endógena", dice Reynolds. "No sólo ajusta la sensibilidad en respuesta a cambios en la intensidad de la entrada, sino que también permite al cerebro enfatizar la información relevante para la tarea y suprimir las señales neuronales impulsadas por el desorden irrelevante para la tarea".
Las neuronas de la corteza visual ven el mundo a través de sus "campos receptivos", la pequeña porción del campo visual que las neuronas individuales realmente "ven" o a la que responden. Siempre que un estímulo cae dentro del campo receptivo, la célula produce una andanada de picos eléctricos, conocidos como "potenciales de acción" que transmiten información sobre el estímulo en el campo receptivo.
Pero la fuerza y fidelidad de estas señales también depende de otros factores. Los científicos generalmente coinciden en que las neuronas suelen responder con más fuerza cuando se dirige la atención al estímulo en sus campos receptivos. Además, la respuesta de las neuronas individuales puede verse fuertemente influenciada por lo que sucede en el entorno inmediato del campo receptivo, un fenómeno conocido como modulación contextual.
"El entorno tiene la capacidad de suprimir la respuesta de la neurona", explica la primera autora Kristy Sundberg, Ph.D., ex estudiante de posgrado en el laboratorio de Reynolds y ahora investigadora postdoctoral en la Universidad de Yale. "Nos impide responder todo el tiempo si hay algo que es grande y uniforme y no particularmente interesante o útil. Esto planteó la posibilidad de que el campo receptivo circundante podría proporcionar una manera de suprimir las respuestas de los distractores irrelevantes para la tarea".
Para llegar al fondo de esto, Sundberg organizó una serie de experimentos en los que colocó un estímulo en el campo receptivo y otro en el circundante. Como predijo la teoría de Reynolds y Heeger, descubrió que dirigir la atención al estímulo central inmunizaba a la neurona de los efectos supresores del estímulo en el entorno. Cuando, en cambio, dirigió la atención a un estímulo en el entorno, suprimió la respuesta de la neurona al estímulo irrelevante para la tarea en el centro.
"El sistema de atención explota la organización centro-entorno del campo receptivo para evitar que las neuronas que transmiten información relevante para la tarea sean suprimidas por los distractores del entorno, mientras que al mismo tiempo suprime las respuestas de las neuronas que responden al desorden irrelevante", dice Sundberg. "El cerebro utiliza activamente el campo receptivo circundante para separar el trigo de la paja".
Jude F. Mitchell, Ph.D., investigador postdoctoral en el laboratorio de Reynolds, también contribuyó al estudio.
El Instituto Salk de Estudios Biológicos en La Jolla, California, es una organización independiente sin fines de lucro dedicada a los descubrimientos fundamentales en las ciencias de la vida, la mejora de la salud humana y la capacitación de futuras generaciones de investigadores. Jonas Salk, MD, cuya vacuna contra la poliomielitis casi erradicó la poliomielitis, una enfermedad paralizante en 1955, inauguró el Instituto en 1965 con un terreno donado por la ciudad de San Diego y el apoyo financiero de March of Dimes.
Oficina de Comunicaciones
Tel: (858) 453-4100
prensa@salk.edu
Su asociación permite a nuestros científicos acelerar el ritmo de descubrimientos de alto riesgo y alta recompensa que tienen el potencial de beneficiar la salud de toda la humanidad, ya sea cáncer, enfermedad de Alzheimer, cambio climático, enfermedades infecciosas o más.
