¿Cómo consigue el cerebro que veamos las imágenes nítidas?
Nuestros ojos están formados por un conjunto de lentes (sistema óptico) que nos permiten enfocar las imágenes en la retina.
Gracias al mecanismo de la acomodación, somos capaces de aumentar la potencia de ese sistema óptico para poder enfocar en visión próxima.
No obstante, estás a punto de descubrir que la capacidad que tenemos para enfocar y ver nítidas las imágenes va mucho más allá de nuestra acomodación, y que el cerebro tiene mucho que ver (nunca mejor dicho).
Sigue leyendo y ¡prepárate para un paseo por el interior del sistema visual!
El proceso óptico y físico del sistema visual funciona prácticamente igual en todos los individuos de vista sana.
Los objetos emiten o reflejan radiaciones luminosas de distinta frecuencia e intensidad que penetran en el interior del globo ocular a través de la pupila. La pupila se dilata o contrae en función de las condiciones lumínicas por la acción del iris.
Después, la señal luminosa pasa por la córnea, el cristalino y la cámara interior acuosa hasta llegar a la retina, la parte fotosensible del ojo, dónde se encuentran las células ganglionares, bipolares y fotorreceptoras (los conos y los bastones, las únicas células sensibles a la luz).
La retina es un tejido fotorreceptor que cubre la mayor parte de la superficie interior del ojo y constituye el plano sobre el que se proyectan las imágenes de forma invertida. En la retina, los fotorreceptores (conos y bastones) transforman la luz en energía electroquímica que se transmite al cerebro a través del nervio óptico.
La energía electromagnética que incide sobre los conos y los bastones se transforma en impulsos nerviosos que llegan hasta las células ganglionares, cuyos axones se unen para formar el nervio óptico en el disco óptico, llamado punto ciego porque carece de células fotorreceptoras y no es sensible a la luz.
Los impulsos nerviosos, que proceden de la retina, llegan a través del núcleo geniculado lateral (NGL) del tálamo hasta la corteza visual del cerebro, situada en el lóbulo occipital, donde se produce la propia percepción.
La luz penetra en el interior del glóbulo ocular y se convierte en impulsos nerviosos. Los haces nerviosos de cada ojo se encuentran el quiasma óptico, donde parte de ellos se cruzan para ir al hemisferio cerebral opuesto. Los impulsos nerviosos llegan al tálamo y finalmente hasta la corteza visual.
Toda la información que se recibe a través de los ojos llega al cerebro, dónde se procesa.
Se conocen unas 30 áreas visuales localizadas en los lóbulos occipitales, parietal, temporal y frontal de la corteza cerebral.
Cada área extrae diferentes tipos de información de la señal de entrada visual; desde los rasgos más elementales como la frecuencia espacial, orientación y contraste (áreas del lóbulo occipital), hasta los rasgos más complejos tales como el movimiento, el color o la forma de los objetos (propio de las regiones parietal temporal y frontal de la corteza cerebral).
Hay una organización jerárquica entre las áreas visuales. Todas las áreas están altamente interconectadas, pero cada una de ellas está especializada en una parte del análisis funcional de la información. La cognición visual es el resultado de interacciones recurrentes entre las distintas áreas visuales.
Sin embargo, hay que tener en cuenta que generalmente no miramos una escena de forma estática, los ojos se mueven buscando las partes «interesantes» de una escena para construir un mapa mental de la realidad observada.
El ojo humano hace movimientos oculares rápidos (conocidos como movimientos sacádicos) debido a que únicamente la parte central de la retina, la fóvea, tiene una alta concentración de conos.
La fóvea es la parte de la retina encargada de la visión en alta resolución. El resto de la retina está tapizada básicamente por bastones, células fotosensibles monocromáticas, especialmente buenas en la detección del movimiento. Es decir, el ojo capta pequeñas partes de una misma escena para optimizar sus recursos.
Si toda la escena fuera vista como lo que entendemos por alta resolución, el diámetro del nervio óptico debería ser incluso mayor que el del propio globo ocular. Además, un procesado de toda la escena requeriría también un cerebro varias veces superior al que tenemos.
Por este motivo, en el proceso de percepción visual primero tiene lugar la detección de los bordes del objeto que miramos, después se inicia el proceso de estereoscopia, el fusionado de las dos imágenes procedentes de los dos ojos.
Este proceso tiende a construir la superficie de la imagen, añadiéndole textura, profundidad y orientación, captando movimiento y color. A continuación, se lleva a cabo el rellenado cognitivo del fondo, es decir, el cerebro construye la totalidad de la escena a partir de las pequeñas partes que visualiza mediante rápidos movimientos oculares prácticamente imperceptibles.
Este es el motivo por el que vemos mejor aquellas cosas a las que dirigimos la mirada directamente.
Pero… ¿cómo mantenemos esa nitidez si nuestros ojos están en constante movimiento?
“En el sistema visual, las conexiones precisas entre los ojos y el cerebro ayudan a ver las cosas específicas y aseguran que esas imágenes son claras y nítidas”, Andrew D. Huberman, profesor de Neurociencias, Neurobiología y Oftalmología de la Universidad de California.
Investigadores de la UC San Diego School of Medicine y el Shiley Eye Institute (ambos en San Diego, California) han identificado el «pegamento» molecular que construye las conexiones cerebrales que mantienen las imágenes visuales claras incluso cuando los ojos se mueven.
“Los sensores en el ojo también detectan el movimiento y se conectan al cerebro de la manera correcta para decir a sus ojos que se muevan en la dirección correcta sin imágenes borrosas”.
Mediante el uso de modelos de ratón y células humanas, demuestran que la estabilización de la imagen depende de dos proteínas, contactina-4 y la proteína precursora de amiloide, que se unen durante el desarrollo embrionario.
Para determinar exactamente cómo ojos y cerebro trabajan juntos para mantener las cosas estables, Huberman y la coautora Jessica Osterhout etiquetaron conjuntos específicos de neuronas en el cerebro que hacen conexiones específicas, una técnica iniciada por el laboratorio de Huberman.
Este enfoque permitió a los científicos mirar los componentes individuales de la red visual y, finalmente, identificar los genes exactos que encienden esas células durante el desarrollo, haciendo las conexiones apropiadas.
A partir de esto, el equipo encontró contactina-4, una molécula de adhesión, y determinó que la expresión de contactina-4 es muy específica de las células en el ojo que participan en la estabilización de la imagen. Cuando los investigadores mutaron contactina-4, el circuito no se formó bien y las células visuales no hablaron correctamente con el cerebro.
Por otro lado, cuando añadieron contactina-4 a una célula que normalmente no la produce, esta proteína adicional era necesaria para toda la célula para formar los circuitos para una conexión constante ojo-cerebro.
A continuación, el equipo buscó proteínas que se unen contactina-4 y descubrió la proteína precursora amiloide, que ha sido ampliamente estudiada por su papel en la enfermedad de Alzheimer, pero también se sabe que es un factor importante en el desarrollo normal del cerebro. Si la proteína precursora de amiloide no está disponible, contactina-4 no puede controlar el desarrollo de los circuitos visuales.
Con base a estos hallazgos, se suponen conjuntos muy específicos de genes que hacen que las neuronas correctas realicen las conexiones correctas en otros aspectos de los circuitos neuronales, además de la visión. Estos investigadores piensan que estos genes son muy probablemente importantes para la percepción sensorial precisa y el comportamiento.
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BIBLIOGRAFÍA
Kandel RE, Schwarts J, Jessell TM. Principles of neural science. 3 ed. New York: Elsevier Science Publishing; 1991. Chapter 28. Phototransduction and information processing in the retina.
Lamme AFV, Roelfsema PR. The distinct modes of vision offered by feedforward and recurrent processing. Trends Neurosci. 2000;23:571-9.
Osterhout JA, Stafford BK, Nguyen PL, Yoshihara Y, Huberman AD. Contactin-4 Mediates Axon-Target Specificity and Functional Development of the Accessory Optic System. Neuron 2015; 86: 985–999.
Supèr H. Figure-ground activity in V1 and guidance of saccadic eye movements. J. Physiol. 2006;100:63-9.
Supèr H. Working memory in the primary visual cortex. Arch. Neurol. 2003;60:809-12.