A pesar de la canción infantil sobre tres ratones ciegos, la vista de ratón es sorprendentemente sensible. Estudiar cómo ven los ratones ha ayudado a los investigadores a descubrir detalles sin precedentes sobre cómo las células cerebrales individuales se comunican y trabajan juntas para crear una imagen mental del mundo visual.
Soy neurocientífica y estudio cómo las células cerebrales impulsan la percepción visual y cómo estos procesos pueden fallar en condiciones como el autismo. Mi laboratorio “escucha” la actividad eléctrica de las neuronas en la parte más externa del cerebro llamada corteza cerebral, una gran parte de la cual procesa información visual. Las lesiones en la corteza visual pueden provocar ceguera y otros déficits visuales, incluso cuando los propios ojos no están lesionados.
Comprender la actividad de las neuronas individuales —y cómo trabajan juntas mientras el cerebro utiliza y procesa activamente la información— es un objetivo de larga trayectoria de la neurociencia. Los investigadores se han acercado mucho más a alcanzar este objetivo gracias a nuevas tecnologías orientadas al sistema visual del ratón. Y estos hallazgos ayudarán a los científicos a entender mejor cómo funcionan los sistemas visuales de las personas.
La mente en un abrir y cerrar de ojos
Durante mucho tiempo los investigadores pensaron que la visión en ratones se veía lenta y con poca claridad. Pero resulta que las neuronas de la corteza visual en ratones —al igual que las de humanos, monos, gatos y hurones— requieren características visuales específicas para desencadenar la actividad y son especialmente selectivas en condiciones de alerta y vigilia.
Mis colegas, yo y otros hemos descubierto que los ratones son especialmente sensibles a los estímulos visuales que tienen justo delante. Esto es sorprendente, porque los ojos del ratón miran hacia fuera en lugar de hacia adelante. Los ojos orientados hacia adelante, como los de gatos y primates, tienen naturalmente un área de enfoque mayor hacia adelante en comparación con los ojos orientados hacia fuera.
Este hallazgo sugiere que la especialización del sistema visual para resaltar el campo visual frontal parece ser compartida entre ratones y humanos. En el caso de los ratones, enfocarse visualmente en lo que está justo delante puede ayudarles a ser más sensibles a las sombras o bordes delante de ellos, evitando depredadores amenazantes o mejor cazando y capturando insectos para alimentarse.
Es importante destacar que el centro de visión es el que más afecta en el envejecimiento y en muchas enfermedades visuales en las personas. Dado que los ratones también dependen en gran medida de esta parte del campo visual, pueden ser modelos especialmente útiles para estudiar y tratar la discapacidad visual.
Mil voces impulsan decisiones complicadas
Los avances tecnológicos aceleraron enormemente la comprensión científica de la visión y el cerebro. Los investigadores pueden ahora registrar rutinariamente la actividad de miles de neuronas al mismo tiempo y emparejar estos datos con vídeos en tiempo real de los movimientos de la cara, pupila y cuerpo de un ratón. Este método puede mostrar cómo el comportamiento interactúa con la actividad cerebral.
Es como pasar años escuchando una grabación granulada de una sinfonía con un solo solista destacado, pero ahora tienes una grabación impecable donde puedes escuchar a cada músico leyendo nota por nota cada movimiento de dedo.
Utilizando estos métodos mejorados, investigadores como yo estudiamos cómo tipos específicos de neuronas trabajan juntos durante conductas visuales complejas. Esto implica analizar cómo factores como el movimiento, la alerta y el entorno influyen en la actividad visual en el cerebro.
Por ejemplo, mi laboratorio y yo descubrimos que la velocidad de la señalización visual es muy sensible a las acciones posibles en el entorno físico. Si un ratón descansa sobre un disco que permite correr, las señales visuales viajan a la corteza más rápido que si el ratón ve las mismas imágenes mientras descansa en un tubo estacionario, incluso cuando el ratón está completamente quieto en ambas condiciones.
Para conectar la actividad eléctrica con la percepción visual, los investigadores también deben preguntar al ratón qué cree que ve. ¿Cómo hemos hecho esto?
En la última década, los investigadores desmontaron mitos de larga duración sobre el aprendizaje y el comportamiento de los ratones. Como otros roedores, los ratones también son sorprendentemente astutos y pueden aprender a “contar” a los investigadores los eventos visuales que perciben a través de su comportamiento.
Por ejemplo, los ratones pueden aprender a soltar una palanca para indicar que detectaron que un patrón se iluminó o inclinó. Pueden girar una rueda de Lego a la izquierda o derecha para mover un estímulo visual al centro de una pantalla como en un videojuego, y pueden dejar de correr sobre una rueda y lamer un canalón de agua cuando detectan que la escena visual ha cambiado de repente.
Los ratones también pueden usar señales visuales para enfocar su procesamiento visual en partes específicas del campo visual. Como resultado, pueden responder de forma más rápida y precisa a los estímulos visuales que aparecen en esas regiones. Por ejemplo, mi equipo y yo descubrimos que una imagen visual tenue en el campo visual periférico es difícil de detectar para los ratones. Pero una vez que lo notan —y nos lo dicen lamiendo un canalón— sus respuestas posteriores son más rápidas y precisas.
Estas mejoras tienen un coste: si la imagen aparece inesperadamente en otro lugar, los ratones son más lentos y menos propensos a responder a ella. Estos hallazgos se asemejan a los encontrados en estudios sobre la atención espacial en personas.
Mi laboratorio también ha descubrió que ciertos tipos de neuronas inhibitorias —células cerebrales que impiden la expansión de la actividad— controlan fuertemente la intensidad de las señales visuales. Cuando activamos ciertas neuronas inhibitorias en la corteza visual de ratones, podíamos “borrar” efectivamente su percepción de una imagen.
Este tipo de experimentos también revelan que los límites entre percepción y acción en el cerebro son mucho menos separados de lo que se pensaba. Esto significa que las neuronas visuales responderán de forma diferente a la misma imagen de formas que dependen de las circunstancias conductuales; por ejemplo, las respuestas visuales difieren si la imagen será detectada con éxito, si aparece mientras el ratón se mueve, o si aparece cuando el ratón tiene sed o está hidratado.
Comprender cómo diferentes factores moldean la rápida respuesta de las neuronas corticales a las imágenes visuales requerirá avances en herramientas computacionales que puedan separar la contribución de estas señales conductuales de las visuales. Los investigadores también necesitan tecnologías que puedan aislar cómo tipos específicos de células cerebrales transportan y comunican estas señales.
Nubes de datos que rodean el globo
Este auge de la investigación sobre el sistema visual del ratón a provocaron un aumento significativo en la cantidad de datos que los científicos no solo pueden recopilar en un solo experimento, sino también compartir públicamente entre ellos.
Los principales centros de investigación nacionales e internacionales centrados en desentrañar los circuitos del sistema visual del ratón han liderado la introducción de nuevas herramientas ópticas, eléctricas y biológicas para medir un gran número de neuronas visuales en acción. Además, hacen que todos los datos estén disponibles públicamente, lo que inspira esfuerzos similares en todo el mundo. Esta colaboración acelera la capacidad de los investigadores para analizar datos, replicar hallazgos y hacer nuevos descubrimientos.
Los avances tecnológicos en la recopilación y el intercambio de datos pueden hacer que la cultura del descubrimiento científico sea más eficiente y transparente, un objetivo fundamental de la informática de datos en los próximos años.
Si los últimos 10 años sirven de referencia, creo que estos descubrimientos son solo la punta del iceberg, y el poderoso y no tan ciego ratón jugará un papel principal en la continua búsqueda de comprender los misterios del cerebro humano.
Fuente: forbes
