La organización funcional de las células en la retina está moldeada por los entornos panorámicos naturales.

7 de abril de 2023 característica

Este artículo ha sido revisado de acuerdo con el proceso editorial y las políticas de Science X. Los editores han destacado las siguientes cualidades mientras garantizan la credibilidad del contenido:

• verificado con los hechos
• publicación revisada por pares
• fuentes confiables
• corregido

por Ingrid Fadelli, Medical Xpress

Los modelos neurocientíficos existentes del sistema visual sugieren que representa el mundo visual de la misma manera que lo haría una cámara, codificando las posiciones de diferentes objetos de manera similar. Sin embargo, el entorno circundante de un animal cambia constantemente, y estos cambios también podrían influir en el procesamiento de la información visual.

Investigadores del Instituto de Ciencia y Tecnología de Austria y de LMU en Alemania recientemente reunieron pruebas que respaldan esta hipótesis y muestran que la organización de las neuronas en la retina del ratón se ve afectada por las estadísticas visuales panorámicas (es decir, de vista amplia), como las no uniformidades en los niveles de luz. Sus hallazgos, publicados en Nature Neuroscience, podrían contribuir significativamente a la comprensión actual del sistema visual y su evolución.

"Una característica clave de todo organismo vivo es adaptarse a su entorno para sobrevivir", dijo Maximilian Jösch, uno de los investigadores que llevó a cabo el estudio, a Medical Xpress. "Tales adaptaciones también deberían ocurrir en los cálculos realizados por el cerebro, por ejemplo, para extraer información relevante y descartar la información menos crítica. Nos propusimos poner a prueba esta idea aprovechando los cambios visuales más prominentes observados sistemáticamente en la naturaleza: el gradiente de intensidad de luz y los niveles de contraste desde el suelo hasta el cielo para preguntarse si el sistema visual del ratón evolucionó para considerar estas limitaciones".

Para examinar la organización del espacio sensorial que activa cada neurona en la retina del ratón (campos receptivos) en relación a las escenas que los ratones están observando, Jösch y sus colegas desarrollaron una nueva técnica de imágenes ópticas. Esta técnica les permite medir y rastrear la actividad de miles de neuronas en una sola retina al mismo tiempo.

"Nuestro método óptico funciona de la siguiente manera: cuando una neurona de la retina está activa, enviando pulsos eléctricos al cerebro, los iones fluyen dentro de la célula, por ejemplo, el calcio", explicó Jösch. "Podemos visualizar esa actividad agregando un indicador fluorescente en cada neurona. Cuando fluye el calcio, la fluorescencia cambia. Estos cambios en la fluorescencia se pueden grabar con una cámara sensible, y con eso, podemos inferir cómo la neurona responde a diferentes estímulos visuales en toda la retina".

Los investigadores llevaron a cabo sus experimentos en retinas de ratones extraídos. Al igual que la mayoría de los mamíferos, la retina del ratón no incluye la pequeña área conocida como la fóvea, una pequeña hendidura en la retina que permite a los humanos y otros primates ver con alta definición. Se sabe que la fóvea, que representa menos del 1% de toda la retina humana, desempeña un papel clave en las percepciones visuales de las que los humanos son más conscientes. El 99% restante de la retina humana también contribuye a las percepciones visuales, de las cuales muchas parecen ser procesos inconscientes. Por lo tanto, desde una perspectiva centrada en los humanos, este estudio se centra en el procesamiento que ocurre en el último 99%/.

Jösch y sus colegas encontraron que los cálculos realizados por las neuronas en la retina de los ratones cambiaban dependiendo de las estadísticas visuales panorámicas de lo que esa parte de la retina veía normalmente durante el día. Esto respalda su hipótesis inicial de que el sistema visual no es inherentemente homogéneo y de hecho está adaptado al entorno externo.

"Para nuestra sorpresa, encontramos que las neuronas retinianas son más propensas a informar al resto del cerebro cuando hay un cambio de estímulo inesperado", dijo Jösch. "Es importante destacar que lo inesperado depende de dónde mira la neurona, si el cielo o el suelo. Por lo tanto, los circuitos retinianos adaptaron sistemáticamente sus propiedades desde el campo visual inferior hasta el superior para representar el mundo de manera más eficiente."

En general, los hallazgos reunidos por este equipo de investigadores sugieren que la estructura panorámica de las escenas naturales afecta la organización de diferentes estrategias de procesamiento en diferentes regiones de la retina. Esto amplía los modelos anteriores del sistema visual, destacando su naturaleza adaptativa y dinámica.

'We usually assume that the visual system is homogenous, or in other words, that the visual world is represented like a camera, measuring each position similarly,' Jösch added. 'However, our natural surroundings are not similar; they systematically change from ground to sky. Thus, a system that evolved to live in nature should consider this. Our results indicate that living organisms' visual system has adapted to cope with natural constraints to improve the efficiency of their neuronal code.'

In the future, the recent work by Jösch and his colleagues could inspire other teams to further examine how panoramic statistics or other visual elements shape cell organization in the retina to refine our understanding of vision in general.

'We are now exploring how similar adaptations change when changing the context, for example, when adapting to different light levels occurring during the day or at night,' Jösch added.

© 2023 Science X Network