Cuando se trata de reconocer formas, el tiempo lo es todo

Cuando se trata de reconocer formas, el tiempo lo es todo

Investigadores del Instituto Salk muestran cómo la visión se basa en patrones de actividad cerebral

Los científicos de Salk muestran cómo las neuronas visuales codifican información dinámica temporal. Anteriormente se pensaba que las neuronas visuales codificaban información sumando el número de potenciales de acción dentro de una ventana temporal estática. Esta representación es fija, como una foto de un animal aparentemente a punto de chocar con un automóvil, arriba. La nueva investigación muestra que las neuronas son más dinámicas y capturan mucha más información relacionada con el tiempo, lo que les permite revelar información contextual crítica (análogo a un video corto que muestra al mismo animal dándose la vuelta y evitando una colisión automovilística, a continuación).

LA JOLLA—Las prótesis visuales, u ojos biónicos, pronto se están convirtiendo en una realidad, a medida que los investigadores avanzan en estrategias para reactivar partes del cerebro que procesan información visual en personas afectadas por la ceguera.

Los estallidos en la actividad eléctrica de una neurona, la cantidad de "picos" que resultan cuando las células cerebrales se activan, constituyen el código básico para la percepción, según el pensamiento tradicional. Pero las neuronas constantemente aceleran y ralentizan sus señales. Un nuevo estudio realizado por científicos del Instituto Salk muestra que poder ver el mundo depende no solo de la cantidad de picos durante un período de tiempo, sino también del momento de esos picos.

"En la visión, resulta que hay una gran cantidad de información presente en los patrones de actividad de las neuronas a lo largo del tiempo", dice el profesor Salk. Juan Reynolds, investigador principal del estudio y titular de la Cátedra Fiona y Sanjay Jha en Neurociencia. "El aumento de la potencia informática y los nuevos avances teóricos ahora nos han permitido comenzar a explorar estos patrones". El estudio fue publicado el 4 de agosto de 2016 en la revista Neurona.

El cerebro humano alberga una extensa red de neuronas que son responsables de ver todo, desde formas simples, con ciertos grupos de neuronas excitados por un borde horizontal o vertical, por ejemplo, hasta estímulos intrincados, como rostros o lugares específicos. El equipo de Reynolds se centró en un área del cerebro visual llamada V4, ubicada en el medio del sistema visual del cerebro. Las neuronas en V4 son sensibles a los contornos que definen los límites de los objetos y nos ayudan a reconocer una forma independientemente de dónde se encuentre en el espacio. Pero Reynolds y el investigador postdoctoral Anirvan Nandy descubierto en 2013 que V4 era más complicado: algunas neuronas en el área solo se preocupan por los contornos dentro de un punto designado en el campo visual.

Esos hallazgos llevaron al equipo a preguntarse si el código de actividad de V4 podría ser aún más matizado, tomando información visual no solo en el espacio sino también en el tiempo. “No vemos el mundo que nos rodea como si estuviéramos mirando una serie de fotografías. Vivimos, y vemos, en tiempo real y nuestras neuronas capturan eso”, dice Nandy, autor principal del nuevo artículo.

Los científicos colaboraron con la teórica de Salk e investigadora postdoctoral Monika Jadi para crear en código de computadora lo que llamaron un "observador ideal". Con acceso solo a los datos del cerebro, la computadora descifraría, o al menos adivinaría, las imágenes en movimiento que se habían visto. Una versión del observador ideal tenía acceso a la cantidad de veces que se activaron las neuronas, mientras que la otra versión tenía acceso a la sincronización completa de los picos. De hecho, el último observador pudo adivinar las imágenes con más del doble de precisión en comparación con el observador más básico.

Mejores formas de grabar y estimular el cerebro, y mejores esfuerzos de modelado teórico, han permitido estos nuevos hallazgos. Ahora, el grupo planea no solo observar V4, sino también activarlo usando luz a través de una técnica de vanguardia llamada optogenética. Esto, dice Reynolds, es como dar una vuelta al sistema visual. Les ayudará a comprender mejor la relación entre los patrones de actividad de las neuronas y cómo el cerebro percibe el mundo, lo que podría sentar las bases para prótesis visuales más avanzadas.

La investigación fue apoyada por el Los Institutos Nacionales de Salud, la Fundación Caritativa Gatsby, la Fundación Swartz y el Fondo de Pioneros del Instituto Salk. El estudio también fue escrito por jude mitchell, antes de Salk y ahora profesor asistente de ciencias del cerebro y cognitivas en la Universidad de Rochester en Nueva York.