Para ver mejor el mundo que los rodea, los animales están en constante movimiento. Los primates y las personas utilizan movimientos oculares complejos para enfocar su visión como lo hacen los humanos cuando leen, por ejemplo; las aves, los insectos y los roedores hacen lo mismomoviendo la cabeza e incluso pueden estimar distancias de esa manera. Sin embargo, se desconoce en gran medida cómo se desarrollan estos movimientos en los elaborados circuitos de neuronas que el cerebro usa para "ver". Y podría ser un área problemática potencial a medida que los científicos creanredes que imitan cómo funciona la visión en automóviles autónomos.
Para comprender mejor la relación entre el movimiento y la visión, un equipo de investigadores de Harvard analizó lo que sucede en una de las regiones principales del cerebro para analizar las imágenes cuando los animales pueden vagar libremente de forma natural. Los resultados del estudio, publicados el martes en la revista neurona , sugieren que los circuitos de procesamiento de imágenes en la corteza visual primaria no solo son más activos cuando los animales se mueven, sino que reciben señales de una región del cerebro que controla el movimiento que es independiente de la región que procesa lo que el animal está mirandoat. De hecho, los investigadores describen dos conjuntos de patrones relacionados con el movimiento en la corteza visual que se basan en el movimiento de la cabeza y si un animal está en la luz o en la oscuridad.
Los hallazgos relacionados con el movimiento fueron inesperados, ya que la visión tiende a ser considerada como un sistema de computación de retroalimentación en el que la información visual ingresa a través de la retina y viaja por circuitos neuronales que operan en un camino unidireccional, procesando la pieza de informaciónLo que los investigadores vieron aquí es más evidencia de que el sistema visual tiene muchos más componentes de retroalimentación donde la información puede viajar en direcciones opuestas de lo que se pensaba.
Estos resultados ofrecen una visión matizada de cómo funciona la actividad neuronal en una región sensorial del cerebro y se suman a un creciente cuerpo de investigación que está reescribiendo el modelo de libro de texto de la visión en el cerebro.
"Fue realmente sorprendente ver este tipo de información [relacionada con el movimiento] en la corteza visual porque tradicionalmente la gente ha pensado en la corteza visual como algo que solo procesa imágenes", dijo Grigori Guitchounts, investigador postdoctoral en el Departamento de Neurobiologíaen la Escuela de Medicina de Harvard y el autor principal del estudio. "Al principio, era misterioso por qué esta región sensorial tendría esta representación de los tipos específicos de movimientos que realizaba el animal".
Si bien los científicos no pudieron decir definitivamente por qué sucede esto, creen que tiene que ver con la forma en que el cerebro percibe lo que lo rodea.
"La explicación modelo para esto es que el cerebro de alguna manera necesita coordinar la percepción y la acción", dijo Guitchounts. "Necesita saber cuándo una entrada sensorial es causada por su propia acción en lugar de cuando es causada por algo ahí afuera enel mundo."
Para el estudio, Guitchounts se asoció con el ex profesor del Departamento de Biología Molecular y Celular David Cox, el ex alumno Javier Masis, MA '15, Ph.D. '18, y el investigador postdoctoral Steffen BE Wolff. El trabajo comenzó en 2017 y concluyóen 2019, mientras que Guitchounts era investigador graduado en el laboratorio de Cox. Una versión preimpresa del artículo publicada en enero.
La configuración típica de experimentos anteriores sobre la visión funcionaba así: los animales, como ratones o monos, eran sedados, restringidos para que sus cabezas estuvieran en posiciones fijas, y luego se les daban estímulos visuales, como fotografías, para que los investigadores pudieran ver qué neuronas en elEl cerebro reaccionó. El enfoque fue iniciado por los científicos de Harvard David H. Hubel y Torsten N. Wiesel en la década de 1960, y en 1981 ganaron un Premio Nobel de Medicina por sus esfuerzos. Desde entonces, muchos experimentos han seguido su modelo, pero noiluminar cómo el movimiento afecta a las neuronas que analizan.
Los investigadores en este último experimento querían explorar eso, por lo que observaron a 10 ratas durante sus días y noches. Los científicos colocaron a cada rata en un recinto, que también funcionaba como su hogar, y registraron continuamente sus movimientos de cabeza. Usando electrodos implantados,midieron la actividad cerebral en la corteza visual primaria mientras las ratas se movían.
La mitad de las grabaciones se tomaron con las luces encendidas. La otra mitad se registró en la oscuridad total. Los investigadores querían comparar lo que hacía la corteza visual cuando había información visual frente a cuando no la había. Para asegurarse de que la habitaciónera completamente negro, taparon con cinta cualquier grieta que pudiera dejar entrar la luz, ya que las ratas tienen una visión muy buena por la noche.
Los datos mostraron que, en promedio, las neuronas en las cortezas visuales de las ratas eran más activas cuando los animales se movían que cuando descansaban, incluso en la oscuridad. Eso tomó a los investigadores con la guardia baja: en una habitación completamente oscura, no haydatos visuales para procesar. Esto significaba que la actividad provenía de la corteza motora, no de una imagen externa.
El equipo también notó que los patrones neuronales en la corteza visual que se disparaban durante el movimiento diferían en la oscuridad y la luz, lo que significa que no estaban conectados directamente. Algunas neuronas que estaban listas para activarse en la oscuridad estaban en una especie de sueñomodo en la luz.
Usando un algoritmo de aprendizaje automático, los investigadores codificaron ambos patrones. Eso les permitió no solo decir en qué dirección estaba moviendo la cabeza una rata con solo observar la actividad neuronal en su corteza visual, sino también predecir el movimiento varios cientos de milisegundos antesla rata lo hizo.
Los investigadores confirmaron que las señales de movimiento provenían del área motora del cerebro al enfocarse en la corteza motora secundaria. La destruyeron quirúrgicamente en varias ratas y luego realizaron los experimentos nuevamente. Las ratas en las que se lesionó esta área del cerebroya no emitía señales en la corteza visual. Sin embargo, los investigadores no pudieron determinar si la señal se origina en la corteza motora secundaria. Podría ser solo por donde pasa, dijeron.
Además, los científicos señalaron algunas limitaciones en sus hallazgos. Por ejemplo, solo midieron el movimiento de la cabeza y no midieron el movimiento de los ojos. El estudio también se basa en roedores, que son nocturnos. Sus sistemas visuales comparten similitudescon humanos y primates, pero difieren en complejidad. Aún así, el documento se suma a nuevas líneas de investigación y los hallazgos podrían potencialmente aplicarse a redes neuronales que controlan la visión artificial, como las de los vehículos autónomos.
"Todo es para comprender mejor cómo funciona la visión", dijo Guitchounts. "La neurociencia está entrando en una nueva era en la que entendemos que la percepción y la acción son bucles entrelazados ... No hay acción sin percepción y no hay percepción sin acción.Ahora tenemos la tecnología para medir esto ".
Este trabajo fue apoyado por el Centro de Harvard para Sistemas a Nanoescala y la Beca de Investigación para Graduados de la Fundación Nacional de Ciencias.
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por Universidad de Harvard . Original escrito por Juan Siliezar. Nota: el contenido se puede editar por estilo y longitud.
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