Distinguir entre dos pájaros de una pluma

7 de agosto de 2008

Distinguir entre dos pájaros de una pluma

7 de agosto de 2008

La Jolla, CA – El entusiasta de las aves que relató las aventuras de una bandada de cotorras pelirrojas en su libro "The Wild Parrots of Telegraph Hill" conoce a la mayoría de los loros por su nombre, pero a la mayoría de nosotros nos resultaría difícil decir uno. pájaro de otro. Si bien se sabe desde hace mucho tiempo que podemos sintonizarnos agudamente con nuestro entorno cotidiano, el mecanismo neuronal subyacente ha sido menos claro.

Ahora, una colaboración entre investigadores del Instituto Salk de Estudios Biológicos y el Colegio Médico Weill Cornell ha revelado que las células cerebrales que procesan la información visual ajustan sus propiedades de filtrado para dar el mayor sentido a la información entrante.

"Somos mejores para discriminar los rasgos faciales típicos de nuestros vecinos, y si son loros, nos volvemos muy buenos para reconocer aves individuales", explica Tatiana Sharpee, Ph.D., profesor asistente en el Laboratorio de Biología Computacional y autor principal del estudio actual, que se publicó en la edición en línea del 5 de agosto del Journal of Computational Neuroscience.

Los neurobiólogos están en una búsqueda constante para comprender cómo el cerebro codifica y procesa la información. En el pasado, tenían que depender de objetos simplificados en la pantalla de una computadora o de estímulos aleatorios para obtener información sobre cómo funciona el circuito visual del cerebro. "En última instancia, estamos interesados ​​en lo que sucede en un entorno natural", explica Sharpee, "pero algunas preguntas requieren más control sobre las propiedades de los estímulos visuales que el que permitiría una imagen de una escena natural".

Las neuronas de la corteza visual primaria sólo responden cuando aparece un estímulo dentro de una ventana que cubre una pequeña parte del campo visual que ve el ojo. Esta ventana se conoce como "campo receptivo" de la neurona. Cada vez que un estímulo ingresa al campo receptivo de la neurona, la célula produce una andanada de picos eléctricos, conocidos como "potenciales de acción", que pueden registrarse.

Pero estas neuronas no reaccionan ante cualquier cosa. En cambio, están altamente especializados y sólo pueden "ver" un único atributo, como el color, el movimiento o un patrón de luminancia específico. Al medir los potenciales de acción de una determinada neurona en respuesta a estímulos visuales aleatorios, los investigadores pueden inferir el perfil de su campo receptivo.

Pero cada vez hay más evidencia que sugiere que este simple panorama está incompleto. "La respuesta de las neuronas individuales puede verse fuertemente influenciada por estímulos simples en el entorno del campo receptivo, un fenómeno conocido como modulación contextual", explica Sharpee.

Para revelar cómo la modulación contextual da forma al perfil aparente de las neuronas especializadas en reconocer patrones de luminancia, Sharpee se asoció con Jonathan D. Victor, Ph.D., profesor Fred Plum de Neurología y Neurociencia en el Weill Cornell Medical College de Nueva York. El estudio utilizó dos conjuntos de estímulos visuales que Víctor introdujo por primera vez en la neurofisiología. Estos estímulos coinciden en tamaño, contraste y luminancia, pero difieren en estadísticas de orden superior, lo que conduce a patrones orientados similares a un tablero de ajedrez en un caso y patrones de molinete en el otro (ver imagen). En el laboratorio de Víctor se registraron las respuestas de neuronas individuales a patrones individuales.

Utilizando metodologías complementarias desarrolladas por los dos autores, líderes en la aplicación de la teoría de la información para extraer significado de una cacofonía de señales, analizaron el código en busca de cambios sistemáticos y dependientes del contexto en las respuestas de las neuronas. Quizás no sea sorprendente que descubrieran que los componentes del campo receptivo más grandes eran más susceptibles a la modulación contextual y se ajustaban más que los más pequeños.

Pero lo que es más importante, descubrieron que los componentes simétricos impares inducían cambios sistemáticos en toda la población de neuronas en el área V1 de la corteza visual, mientras que los componentes simétricos pares no lo hacían.

Los componentes simétricos impares son patrones que se convierten en su opuesto cuando se giran 180 grados, como una barra blanca y una negra que están dispuestas paralelas entre sí. Los componentes incluso simétricos (como una barra blanca intercalada entre dos barras negras) permanecen sin cambios con esta rotación.

"El contexto es una parte importante de cómo percibimos los estímulos visuales", dice Sharpee, "y estos resultados muestran cómo las neuronas individuales podrían ajustar sus propiedades en diferentes entornos naturales, como en una playa o en un bosque".

La investigación fue apoyada por una subvención de la Fundación Swartz y los Institutos Nacionales de Salud.

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.