Nuestro ojo alberga una poderosa computadora biológica, la retina. Comprender cómo la retina transforma las imágenes del mundo exterior en señales que el cerebro puede interpretar no solo daría como resultado una comprensión de los cálculos cerebrales, sino que también podría ser útil para la medicina.El aprendizaje y la inteligencia artificial se desarrollan, las enfermedades oculares se describirán pronto en términos de las perturbaciones de los cálculos realizados por la retina. ¿Tenemos suficiente conocimiento de los circuitos de la retina para comprender cómo una perturbación afectará los cálculos que realiza la retina? Un equipo internacional de científicosha abordado esta cuestión en un conjunto de experimentos que combinan genética, herramientas virales y moleculares, matrices de microelectrodos de alta densidad y modelos de computadora.El trabajo muestra que su modelo de retina recientemente desarrollado puede predecir con alta precisión el resultado de una perturbación definida.El trabajo es un paso importante hacia un modelo informático de la retina que puede predecir el resultado de la retina diseases.
La visión comienza en la retina, donde las células fotorreceptoras capturan la luz que cae sobre el ojo y la transducen a la actividad neuronal. Las células ganglionares, las neuronas de salida de la retina, luego envían las señales visuales al cerebro. Sin embargo, la retina esmucho más que una cámara y un cable: entre los fotorreceptores y las células ganglionares, la retina contiene intrincados circuitos neuronales, que se ensamblan a partir de muchos tipos diferentes de células neuronales. Estos circuitos procesan las señales entrantes de una manera compleja y extraen características importantes de lo visualescena. En el nivel de salida de la retina, los cálculos de los circuitos de la retina dan como resultado ~ 30 representaciones neuronales diferentes de la escena visual: estas se transmiten en paralelo al cerebro. Por lo tanto, la retina actúa como un poderoso dispositivo informático, dando formarepresentación visual de manera profunda.
Para comprender los mecanismos de la visión y predecir los resultados de las enfermedades visuales, es esencial comprender cómo los ~ 30 canales de salida de la retina representan el mundo visual y cómo sus diferentes propiedades funcionales surgen de la arquitectura de los circuitos de la retina.Para responder a esta pregunta, un equipo de científicos del Instituto Friedrich Miescher FMI, el Instituto de Oftalmología Molecular y Clínica de Basilea IOB, ETH Zurich y la Ecole Normale Supérieure perturbaron un elemento del circuito retiniano específico mientras estudiaban cómo esta perturbación cambiaba la perturbación.propiedades funcionales de los diferentes canales de salida de la retina.
Antonia Drinnenberg, una ex estudiante graduada del grupo de Botond Roska y autora principal del artículo, desarrolló un método para controlar la actividad de las células horizontales. Las células horizontales son un elemento del circuito retiniano que proporciona inhibición de retroalimentación en la primera sinapsis visual entre fotorreceptoresy células bipolares. El método, que involucraba un conjunto específico de virus, ratones transgénicos y canales de iones controlados por ligandos, le permitió activar y desactivar la retroalimentación en la primera sinapsis visual. Para medir los efectos de esta perturbación en elEn la salida de la retina, utilizó matrices de microelectrodos de alta densidad desarrolladas en el grupo de Andreas Hierlemann y grabó simultáneamente las señales eléctricas de cientos de células ganglionares. Sorprendentemente, la perturbación causó un gran conjunto de cambios diferentes en la salida de la retina. "Nos sorprendió lavariedad de efectos que observamos debido a la perturbación de un elemento de circuito único y bien definido ", dice Drinnenberg." Al principio, sospechábamos que los problemas técnicos podrían ser la base de esta variedad ". Sin embargo, después de medir las señales en miles de células ganglionares y en canales de salida retinianos definidos, quedó claro que la variedad en las contribuciones celulares horizontales que se midieron debe surgir de la arquitectura específicade los circuitos de la retina.
¿Cómo puede un solo elemento de los circuitos de la retina conducir a una variedad de efectos? Felix Franke, coautor del artículo, y Rava A. da Silveira, autor principal, construyeron un modelo informático de la retina.El modelo simuló las diferentes vías que la señal puede tomar a través de la retina y permitió al equipo investigar si nuestra comprensión actual de los circuitos retinianos podría explicar los efectos que observaron durante los experimentos. Mientras estudiaban el comportamiento del modelo, los investigadores encontraronque el modelo podía reproducir todo el conjunto de cambios que habían medido experimentalmente. Además, el equipo descubrió que el modelo hizo cinco predicciones adicionales sobre el papel de las células horizontales, que previamente no habían visto en los datos ". Nos sorprendiópara ver que el modelo fue más allá de lo que teníamos en mente en el momento en que lo construimos ", dice Franke." Todas las predicciones adicionales resultaron ser correctas cuando realizamos experimentos adicionales para probarlas ".
"Una forma de probar nuestra comprensión de la retina es perturbar uno de sus elementos, medir todos los resultados y ver si nuestra 'comprensión', que es un modelo, puede predecir los cambios observados", explica da Silveira ".El siguiente paso es usar el modelo para predecir el resultado de las enfermedades oculares ", agrega Roska.
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por Instituto de Oftalmología Molecular y Clínica de Basilea . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
Referencia del diario :
Cite esta página :