Febrero 28, 2007
La Jolla, CA – La forma sigue a la función, en lo que respecta a las neuronas de la corteza visual encargadas de percibir la acción. Lejos de ser las células nerviosas estáticas que los investigadores creían que eran, capaces de realizar una sola función, los científicos del Instituto Salk de Estudios Biológicos descubrieron que estas neuronas cambian rápidamente entre dos formas de recopilar información sobre objetos en movimiento.
En el número del 1 de marzo de la revista Neurona, los científicos dicen que su estudio anula la noción predominante de que existen dos tipos de neuronas sensibles al movimiento: aquellas que integran características que pertenecen a un solo objeto en movimiento (un proceso llamado "integración") y neuronas que distinguen entre características que pertenecen a diferentes objetos. en el campo visual (conocido como "segmentación"). Los investigadores de Salk descubrieron que las neuronas pueden hacer ambas cosas, pero no al mismo tiempo.
Las neuronas sensibles al movimiento lo activan.
Dependiendo del estímulo visual, las neuronas en el área temporal media (MT) de la corteza visual se basan en dos procesos opuestos para recopilar información sobre objetos en movimiento. El movimiento del borde del marco de la imagen que se mueve a través del CRF izquierdo es ambiguo, pero en un proceso llamado integración se puede resolver agrupando las señales de movimiento que surgen de la parte del marco fuera de ese CRF. Por el contrario, los movimientos de las aves que pasan por el CRF derecho se diferencian del movimiento del cuadro en un proceso llamado segmentación. En la ilustración, los dos círculos azules representan los campos receptivos clásicos de dos neuronas MT.
Ilustración en acuarela de Katherine Nagel.
"Dependiendo de lo que pasa a través del campo visual, estas neuronas sensibles al movimiento pueden realizar cualquier tarea, cambiando de una a otra en milisegundos", dice el investigador principal del estudio, Gene R. Stoner, Ph.D., neurocientífico del Laboratorio del Centro de Visión del Instituto Salk. "Las propiedades de estas células nerviosas son mucho más complicadas de lo que pensábamos, pero esta complejidad subyace a un uso inesperadamente elegante y eficiente de los recursos limitados del cerebro.
Los hallazgos son sólo los últimos que sugieren que las neuronas sensoriales son más "plásticas" de lo que se creía, dice el coautor Tomas Albright, director del Laboratorio del Centro de Visión. "Uno de los principios de la neurobiología sensorial de los últimos 40 años ha sido que las neuronas están cableadas y que no hay mucho margen para el cambio", afirma. "Esa visión se está erosionando cada vez más debido a la evidencia de que estas células pueden cambiar la forma en que representan la información basándose en información sensorial".
El objetivo de investigadores como Stoner, Albright y Xin Huang, primer autor y ex investigador postdoctoral en el Laboratorio del Centro de Visión, es comprender cómo una "imagen" visual tridimensional completa vista por los humanos está formada por millones de neuronas que ven el mundo sólo a través de sus "campos receptivos", la pequeña porción de la imagen visual que las neuronas individuales "ven" o a la que responden.
Esto da lugar a lo que los investigadores llaman el problema de la "apertura": la cuestión de cómo el cerebro percibe la visión restringida que se proporciona dentro del campo receptivo de cada neurona.
Ese problema es especialmente grave en la percepción del movimiento: ¿cómo pueden entenderse la velocidad y la dirección de uno o más objetos en movimiento si cada neurona ve una parte discreta de la imagen a través de su pequeña abertura? "Las células sólo ven una cosa y no pueden interpretar qué parte del objeto es y cómo se mueve", explica Albright.
Para encontrar respuestas, los neurocientíficos estudian las neuronas selectivas de movimiento del área temporal media de la corteza visual de los primates. Las investigaciones hasta la fecha han sugerido que hay dos conjuntos separados de células nerviosas en esta área y que utilizan procesos opuestos para unir la imagen. Una es la integración, en la que las neuronas agrupan la información que tienen sobre un único objeto para "ver", por ejemplo, un coche en movimiento. La otra es la segmentación, en la que las neuronas distinguen entre características que pertenecen a diferentes objetos, como los movimientos relativos de dos coches en movimiento. La visión es, por tanto, un acto de interpretación dinámica que requiere un procesamiento muy flexible.
En este estudio, se registraron las respuestas de neuronas individuales de monos mientras esos monos observaban los estímulos mostrados en un monitor de vídeo. Los estímulos se extendieron más allá del "campo receptivo" de cada neurona. Aunque el movimiento dentro de estos campos receptivos era ambiguo debido a la visión limitada de cada neurona, estas neuronas pudieron acceder a la información proporcionada por otras neuronas y recuperar la verdadera dirección del movimiento. Sin embargo, esta propiedad desaparecía cuando el estímulo fuera del campo receptivo no formaba parte del mismo objeto perceptual que el que estaba dentro del campo receptivo. En estas condiciones, las mismas neuronas implementaron la segmentación: los movimientos de las diferentes características se representaron de forma independiente.
Esto demuestra que las neuronas se adaptan rápidamente a los problemas computacionales a los que se enfrentan, dice Stoner, y añade que este mismo tipo de mecanismo de adaptación podría ser la base del procesamiento de otros atributos visuales, como el brillo o la profundidad.
El estudio fue apoyado por el Instituto Médico Howard Hughes 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.
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