Los científicos de Salk mapean las fronteras de la visión

Los científicos de Salk mapean las fronteras de la visión

El estudio pionero de la visión en ratones ayudará a revolucionar el estudio de la función cerebral y las enfermedades mentales

LA JOLLA, CA—Hay un mundo tridimensional en nuestros cerebros. Es un paisaje que imita el mundo exterior, donde los objetos que vemos existen como conjuntos de circuitos neuronales e impulsos eléctricos.

Ahora, los científicos del Instituto Salk de Estudios Biológicos están utilizando nuevas herramientas que desarrollaron para trazar ese mundo, un paso clave para revolucionar la investigación sobre la base neurológica de la visión.

Por primera vez, los científicos han producido mapas neurona por neurona de las regiones del cerebro del ratón que procesan diferentes tipos de información visual, sentando las bases para decodificar los circuitos del cerebro utilizando técnicas de investigación genética de vanguardia solo posibles en ratones.

“En el campo de la investigación cognitiva, esto coloca el mouse en el mapa, colocando el mapa en el mouse”, dice James Marshel, investigador asociado de Salk. Marshel y Marina Garrett, estudiante de posgrado de la Universidad de California en San Diego, fueron los autores principales de un artículo que informa sobre el avance en la edición del 22 de diciembre de Neurona.

Para comprender los cálculos extraordinariamente complejos del cerebro humano, incluidos los que se encuentran detrás de la cognición visual, los científicos se han basado principalmente en estudios con primates, como los monos, nuestros parientes más cercanos en el reino animal y los más parecidos a nosotros en términos de capacidad cognitiva.

Los investigadores han identificado qué partes del cerebro de los primates procesan diferentes aspectos de la información sensorial que recopilan del mundo exterior. En particular, se sabe mucho sobre qué regiones del cerebro de los primates procesan cierta información visual, ayudándoles a identificar objetos y seguir sus movimientos en el espacio tridimensional.

“Hemos aprendido mucho sobre cómo nuestros ojos envían información a nuestro cerebro, y una gran parte de nuestro cerebro se dedica a procesar esta información”, dice eduardo callaway, profesor en Salk's Laboratorio de Neurobiología de Sistemas, cuyo laboratorio realizó la investigación. “La visión es un excelente sistema para comprender cómo funciona el cerebro y, en última instancia, para estudiar las enfermedades mentales y la conciencia”.

Están surgiendo nuevas y poderosas herramientas científicas que podrían permitir a los científicos comprender mejor el cerebro humano al estudiar los cerebros relativamente más simples de los ratones. Estos métodos permiten a los científicos alterar los genes, las instrucciones del ADN que controlan el comportamiento de las células, incluidas las neuronas que forman los circuitos cerebrales. Mediante el uso de métodos genéticos para mapear las conexiones cerebrales y controlar la actividad de las células, los científicos esperan generar diagramas de cableado detallados del cerebro y probar cómo funcionan estos circuitos.

“Si bien los ratones no pueden reemplazar el trabajo que se está realizando en los monos, estas técnicas de investigación están mucho más avanzadas en ratones que en monos”, dice Callaway. “La capacidad de modificar la actividad neuronal utilizando herramientas genéticas y de estudiar los cambios resultantes en la actividad cerebral y nerviosa está revolucionando la neurociencia”.

Aunque tales técnicas de ingeniería genética en ratones ofrecen un gran potencial, se sabía poco sobre qué áreas de la corteza visual del ratón, la región cerebral de alto nivel que calcula el significado de las señales de los ojos, eran responsables de procesar diferentes elementos de la información visual.

Para remediar esto, Callaway y sus colegas se propusieron trazar un mapa del sistema de procesamiento visual del ratón. Inyectaron ratones con un tinte fluorescente sensible al calcio que brilla cuando se expone a un cierto color de luz. La cantidad de calcio en las células nerviosas varía según el nivel de actividad de las neuronas, por lo que los científicos pudieron medir la actividad de las células cerebrales en función de su brillo.

Luego, los científicos mostraron diferentes tipos de estímulos visuales en un monitor de televisión y registraron qué partes del cerebro brillaban. Para realizar las grabaciones, utilizaron una cámara de alta resolución capaz de discernir la actividad de las células nerviosas individuales.

Descubrieron que el campo visual de un ratón, el área del espacio tridimensional visible a través de sus ojos, está representada por una colección correspondiente de neuronas en su cerebro. Los investigadores registraron con precisión qué neuronas estaban asociadas con qué área del campo visual del animal.

Los científicos estudiaron siete áreas diferentes de la corteza visual del animal que contenían "mapas" neuronales completos del mundo exterior visible y descubrieron que cada área tiene un papel especializado en el procesamiento de la información visual. Por ejemplo, ciertas áreas eran más sensibles a la dirección en que se mueven los objetos en el espacio, mientras que otras áreas se enfocaban en distinguir detalles finos.

Con estos mapas de la función cerebral en la mano, los investigadores de Salk y otros ahora tienen una línea de base contra la cual pueden comparar la función cerebral de ratones en los que la función del circuito se manipula utilizando métodos genéticos. En última instancia, dice Callaway, comprender en detalle cómo funciona el cerebro del ratón iluminará el funcionamiento de la mente humana.

“Esto nos brinda nuevas formas de explorar los fundamentos neuronales de la conciencia e identificar qué falla en los circuitos neuronales en el caso de enfermedades como la esquizofrenia y el autismo”, dijo Callaway.

Sobre el Instituto Salk de Estudios Biológicos:
El Instituto Salk de Estudios Biológicos es una de las instituciones de investigación básica más importantes del mundo, donde profesores de renombre internacional investigan cuestiones fundamentales de las ciencias de la vida en un entorno único, colaborativo y creativo. Centrados tanto en el descubrimiento como en la orientación de futuras generaciones de investigadores, los científicos de Salk realizan contribuciones innovadoras a nuestra comprensión del cáncer, el envejecimiento, el Alzheimer, la diabetes y las enfermedades infecciosas mediante el estudio de la neurociencia, la genética, la biología celular y vegetal y disciplinas relacionadas.

Los logros de la facultad han sido reconocidos con numerosos honores, incluidos premios Nobel y membresías en la Academia Nacional de Ciencias. Fundado en 1960 por el pionero de la vacuna contra la polio Jonas Salk, MD, el Instituto es una organización independiente sin fines de lucro y un hito arquitectónico.

Para más información:
Neurona
Autores: James H. Marshel, Marina E. Garrett, Ian Nauhaus y Edward M. Callaway
Especialización funcional de siete áreas corticales visuales de ratón