VALÈNCIA, 5 Nov. (EUROPA PRESS) -
Una investigación del Instituto de Neurociencias (CSIC-UMH) muestra que el colículo superior, una estructura ancestral del cerebro, realiza cálculos visuales que hasta ahora se creían exclusivos de la corteza y revela que los mecanismos básicos de la atención visual surgieron hace más de 500 millones de años.
El estudio combina una innovadora técnica de optogenética dirigida con experimentos de electrofisiología, mapeo de circuitos y modelos computacionales para revelar cómo los circuitos más antiguos del cerebro filtran y priorizan la información visual. El cerebro no necesita su sofisticada corteza para interpretar el mundo visual, según ha informado el Instituto en un comunicado.
Un nuevo estudio publicado en la revista PLOS Biology demuestra que una estructura mucho más antigua, el colículo superior, alberga el circuito necesario para realizar los cálculos fundamentales que nos permiten distinguir los objetos del fondo y detectar qué estímulos son relevantes en el espacio.
Este trabajo demuestra que estos circuitos ancestrales, presentes en el cerebro de todos los vertebrados, pueden generar por sí mismos interacciones denominadas centro-periferia, un principio esencial de la visión que permite al cerebro detectar contrastes, bordes y objetos que sobresalen de su entorno.
"Durante décadas se pensaba que estos cálculos eran exclusivos de la corteza visual, pero hemos demostrado que el colículo superior, una estructura mucho más antigua en términos evolutivos, también los realiza de forma autónoma", explica Andreas Kardamakis, líder del laboratorio Circuitos Neuronales en la Visión y la Acción del Instituto de Neurociencias (IN), centro mixto del Consejo Superior de Investigaciones Científicas (CSIC) y la Universidad Miguel Hernández (UMH) de Elche, e investigador principal del estudio. "Esto significa que la capacidad de analizar lo que vemos y decidir qué merece nuestra atención no es una invención reciente del cerebro humano, sino un mecanismo que apareció hace más de medio billón de años".
UN 'RADAR' CEREBRAL QUE PRIORIZA LO IMPORTANTE
Así, el colículo superior actúa como una especie de radar biológico: recibe información directa de la retina y, antes de que llegue a la corteza cerebral, decide qué estímulos del entorno son más relevantes.
Cuando algo se mueve, brilla o aparece de repente en el campo visual, esta estructura es la primera en responder y dirigir la mirada hacia ese punto. El estudio combina varias técnicas experimentales de vanguardia, como la optogenética dirigida, la electrofisiología y la modelización computacional, para investigar cómo se organizan y comunican las neuronas dentro del colículo superior.
Al utilizar luz para activar fibras retinianas concretas en el colículo y registrar las respuestas en secciones de cerebro de ratón, el equipo observó que el colículo superior puede suprimir el estímulo central cuando se activa la zona circundante. Este es un patrón característico de las interacciones centro-periferia y un mecanismo respaldado por el mapeo transináptico específico de tipo celular y la modelización a gran escala.
"Hemos visto que el colículo superior no solo transmite información visual, sino que la procesa y la filtra activamente, reduciendo la respuesta a estímulos uniformes y potenciando los contrastes", señala Kuisong Song, coprimer autor del artículo, y añade: "Esto demuestra que la capacidad de seleccionar o priorizar información visual está integrada en los circuitos subcorticales más antiguos del cerebro". Los resultados sugieren que la función de destacar lo "saliente" en una escena (aquello que capta nuestra atención) no depende exclusivamente de las áreas corticales superiores, sino que está profundamente enraizada en mecanismos comunes a todos los vertebrados.
IMPLICACIONES EVOLUTIVAS Y COGNITIVAS
Estos resultados desafían la idea clásica de que las operaciones visuales complejas son exclusivas de la corteza. En cambio, apuntan a una organización jerárquica del cerebro "mucho más distribuida, donde las estructuras más antiguas no solo transmiten información, sino que realizan cálculos esenciales para la supervivencia: localizar un depredador, seguir una presa o evitar un obstáculo".
"Comprender cómo estas estructuras ancestrales contribuyen a la atención visual nos ayuda también a entender qué ocurre cuando estos mecanismos fallan", subraya Kardamakis. "Trastornos como el déficit de atención, la hipersensibilidad sensorial o algunas formas de lesión cerebral traumática podrían tener su origen, al menos en parte, en un desequilibrio entre la comunicación cortical y estos circuitos fundamentales".
Su equipo está ampliando ahora estos hallazgos a modelos in vivo para investigar cómo el colículo superior modula la atención visual y regula las distracciones durante comportamientos orientados a un objetivo y comprender cómo los distractores visuales se transforman en respuestas conductuales es fundamental para desvelar los mecanismos fisiopatológicos subyacentes, especialmente en una era cada vez más dominada por la tecnología visual.
Este estudio es fruto de una amplia colaboración internacional que incluye al Instituto Karolinska, el KTH Royal Institute of Technology (ambos en Suecia), el Instituto Tecnológico de Massachusetts (MIT, EE. UU.). Además, también ha participado la investigadora del IN CSIC-UMH Teresa Femenía, que ha contribuido de forma destacada al desarrollo experimental del estudio.
Un marco evolutivo común para la atención visual En línea con este trabajo, Andreas Kardamakis y Giovanni Usseglio han publicado recientemente un capítulo en el nuevo volumen de la serie Evolution of Nervous Systems de Elsevier (editado por J.H. Kass), en el que amplían la perspectiva comparada y evolutiva de estos circuitos visuales subcorticales.
En este texto, los autores revisan cómo estructuras homólogas al colículo superior presentes en peces, anfibios, reptiles, aves y mamíferos, comparten un mismo principio funcional: la integración de información sensorial y motora para orientar la atención y la mirada. El capítulo destaca que esta arquitectura cerebral, conservada a lo largo de más de 500 millones de años de evolución, constituye una base común sobre la que la corteza desarrolló más tarde funciones cognitivas superiores.
"La evolución no reemplazó estos sistemas antiguos, sino que los aprovechó; seguimos utilizando el mismo hardware básico para decidir hacia dónde mirar y qué ignorar", apunta Kardamakis. Este trabajo ha sido posible gracias a la financiación de la Agenda Estatal de Investigación - Ministerio de Ciencia, Innovación y Universidades, el Programa Severo Ochoa para Centros de Excelencia, la Generalitat Valenciana a través del programa CIDEGENT, el Swedish Research Council, la Swedish Brain Foundation y la Fundación Olle Engkvist.
