Descifrando cómo el cerebro codifica el color y la forma

Descifrando cómo el cerebro codifica el color y la forma

Un estudio de Salk revela cómo el cerebro procesa el mundo exterior utilizando circuitos visuales superpuestos

LA JOLLA—Hay cientos de miles de colores y formas distintas que una persona puede distinguir visualmente, pero ¿cómo procesa el cerebro toda esta información? Los científicos creían anteriormente que el sistema visual codifica inicialmente la forma y el color con diferentes conjuntos de neuronas y luego los combina mucho más tarde. Pero un nuevo estudio de investigadores de Salk, publicado en Ciencia: el 27 de junio de 2019, muestra que hay neuronas que responden selectivamente a combinaciones particulares de color y forma.

“Los nuevos sensores genéticos y las tecnologías de imagen nos han permitido probar más a fondo el vínculo entre los circuitos visuales que procesan el color y la forma”, dice eduardo callaway, autor principal y profesor en el Laboratorio de Neurobiología de Sistemas de Salk. “Estos hallazgos brindan información valiosa sobre cómo se conectan y organizan los circuitos visuales en el cerebro”.

Al igual que un sensor de cámara digital, las células sensibles a la luz en el ojo (fotorreceptores) detectan longitudes de onda de luz dentro de rangos específicos y en ubicaciones particulares. Esta información luego viaja a través del nervio óptico a las neuronas en la corteza visual que interpretan la información y comienzan a descifrar el contenido de la imagen. Durante mucho tiempo, los científicos pensaron que el color y la forma se extraían por separado y luego se combinaban solo en los centros cerebrales superiores, pero la nueva investigación de Salk muestra que se combinan mucho antes.

"El objetivo de nuestro estudio era comprender mejor cómo el sistema visual procesa los colores y las formas de los estímulos visuales", dice el coautor principal Anupam Garg, estudiante de MD/PhD de la Universidad de California en San Diego en el laboratorio Callaway. “Queríamos aplicar nuevas técnicas de imagen para responder a estas preguntas de larga data sobre el procesamiento visual”.

Los investigadores utilizaron tecnología de imágenes combinada con sensores expresados ​​genéticamente para estudiar la función de miles de neuronas individuales involucradas en el procesamiento del color y la forma en la corteza visual primaria. Durante largos períodos de grabación, se probaron aproximadamente 500 combinaciones posibles de color y forma para encontrar el estímulo que activaba mejor cada neurona sensible a la vista.

El equipo descubrió que las neuronas visuales respondían selectivamente al color y la forma a lo largo de un continuo; mientras que algunas neuronas solo se activaban con un color o una forma específicos, muchas otras neuronas respondían a un color y una forma en particular simultáneamente, contrariamente a las nociones arraigadas sobre cómo funciona el procesamiento visual.

“Nuestro cerebro codifica la información visual de manera eficiente utilizando circuitos que están diseñados de manera inteligente. Al contrario de lo que se enseña en el aula, que el color y la forma se procesan por separado en la corteza visual temprana y luego se integran más tarde por mecanismos desconocidos, el cerebro codifica el color y la forma juntos de manera sistemática”, dice Peichao Li, coautor principal. y becario postdoctoral en el laboratorio de Callaway.

“Durante los últimos 20 años, he querido saber cómo procesa el color el sistema visual, por lo que este hallazgo es realmente emocionante para mí”, dice Callaway, quien ocupa la Cátedra Vincent J. Coates en Neurobiología Molecular. “Este descubrimiento sienta las bases para comprender cómo los circuitos neuronales realizan los cálculos que conducen a la visión del color. Esperamos construir sobre estos hallazgos para determinar cómo las neuronas en la corteza visual trabajan juntas para extraer colores y formas”.

Otros autores incluyeron a Mohammad S. Rashid de Salk.

El trabajo fue financiado por subvenciones de los Institutos Nacionales de Salud (EY022577, NS105129 y EY028084), Gatsby Charitable Trust y Pioneer Fund.

DOI: 10.1126/ciencia.aaw5868