Un estudio sobre macacos arroja luz sobre la percepción cerebral de imágenes estáticas

Puede que no nos demos cuenta, pero nuestros ojos realizan constantemente movimientos rápidos (de dos a tres por segundo) incluso cuando miramos el mismo lugar. Sin embargo, a pesar de estos frecuentes movimientos oculares, todavía percibimos lo que vemos como un todo estable.

¿Cómo exactamente trabajan juntos nuestros ojos y nuestro cerebro para que esto suceda? Los neurobiólogos de la Escuela de Medicina de Harvard (HMS) han encontrado pistas intrigantes sobre esta cuestión, que ha cautivado a los investigadores de la visión en todas partes.

El estudio, realizado en macacos y publicado 29 de abril en Neurociencia de la naturaleza, reveló que ciertas neuronas visuales en el cerebro simplemente ven lo que está frente a los ojos, en tiempo real, una desviación del pensamiento anterior de que las neuronas usan la predicción de imágenes futuras o el análisis de imágenes pasadas para lograr estabilidad. Para llegar a este hallazgo, el equipo desarrolló nuevos métodos para estudiar el sistema visual que se acercan más a lo que los monos y los humanos ven en la vida diaria.

Aunque los resultados no explican definitivamente cómo el cerebro forma imágenes estables, proporcionan nuevas pistas críticas sobre el sistema visual y abren la puerta a más investigaciones.

Revisando las teorías predominantes

Durante siglos, filósofos y científicos se han preguntado cómo es posible que veamos el mundo como estable a pesar de que nuestros ojos se mueven constantemente.

«Ha habido una larga historia de investigación sobre este tema, pero aún está en gran medida sin resolver», dijo el autor principal Will Xiao, investigador en neurobiología en el Instituto Blavatnik del HMS. «Pensé que se trataba de una cuestión filosófica y de percepción fascinante que podríamos estudiar en el sistema visual del macaco».

Xiao describió dos ideas dominantes para explicar esta estabilidad: las neuronas en el cerebro podrían predecir la siguiente imagen en función de dónde el cerebro le dice a los ojos que se muevan, o las neuronas podrían comparar la nueva imagen con una anterior para detectar cambios. En ambos casos, las neuronas utilizarían esta información adicional (futura o pasada) para construir una imagen estable.

En comparación con los ratones o las ratas, los macacos tienen un sistema visual más similar al de los humanos y ocupa una gran parte de su cerebro. Como resultado, los macacos son los mejores sujetos de estudio para obtener conocimientos sobre el sistema visual que sean relevantes para los humanos.

En el estudio, los investigadores analizaron la actividad neuronal de los macacos durante una tarea visual. Durante cada sesión, un macaco se sentaba en una silla y miraba una pantalla que mostraba una secuencia de fotografías variadas del mundo real. El animal miraba cada fotografía durante una media de dos segundos (unas cinco o seis fijaciones oculares) y la sesión finalizaba cuando el macaco decidió dejar de participar.

Mientras un macaco miraba las fotografías, los investigadores rastrearon la actividad neuronal en una región visual llamada vía ventral. Esta región, que se divide en varias áreas más pequeñas, procesa información visual detallada, como la forma o el color, para ayudar al cerebro a reconocer y categorizar objetos.

«Nuestro estudio es naturalista; los macacos no necesitan ser entrenados; naturalmente miran a su alrededor y exploran imágenes interesantes, lo que nos permitió recopilar un conjunto muy grande de datos», explicó Xiao.

En total, 13 macacos vieron miles de fotografías, mientras que los investigadores registraron 883 horas de actividad neuronal.

Basándose en estas grabaciones, los investigadores descubrieron que las neuronas de la vía ventral no predicen imágenes futuras ni recuerdan imágenes pasadas. En cambio, simplemente perciben cualquier imagen que esté directamente frente a ellos en tiempo real, algo que los investigadores llaman «centrarse en el ojo».

«Básicamente, cada neurona tiene visión de túnel, como si estuvieras mirando a través del agujero de un alfiler en una hoja de papel, y cuando el ojo se mueve, la neurona es arrastrada a una nueva posición y sólo ve desde esa nueva posición», dijo Xiao.

El trabajo también representa un avance importante en cómo se puede realizar la investigación de la visión. Estudios anteriores se centraron en la presencia o ausencia de imágenes simples, como formas básicas, texturas u objetos aislados. Por el contrario, Xiao y sus colegas presentaron a los macacos fotografías detalladas de paisajes, animales, personas y otras escenas. Debido a que estas fotografías son más realistas, el equipo pudo construir y probar teorías sobre cómo responderían las neuronas al entorno del mundo real con múltiples objetos.

Los hallazgos no explican completamente cómo las neuronas del cerebro crean una imagen estable del mundo, pero allanan el camino para estudios más naturalistas sobre el tema. Los investigadores planean utilizar sus métodos para estudiar cómo las neuronas de otras regiones del cerebro pueden integrar información espacial y visual, incluidas regiones que procesan el movimiento y coordinan la visión con las acciones. El equipo también utilizará estos métodos para estudiar el sistema visual de los macacos durante sus comportamientos diarios normales.

Más allá de comprender la biología básica del sistema visual, la investigación algún día podría tener implicaciones para las personas que experimentan pérdida de visión debido a un accidente o enfermedad.

La retina, explicó Xiao, es un órgano muy complejo que recibe y transmite grandes cantidades de información, muy parecido a un dispositivo de gran ancho de banda. Por lo tanto, existen desafíos importantes que conlleva el reemplazo completo de la retina como estrategia para restaurar la visión. Una estrategia alternativa es replicar una región visual de orden superior como la vía ventral que ya ha procesado e integrado gran parte de la información recopilada por la retina.

«La visión de alto orden ya se ocupa de objetos completos, por lo que potencialmente es necesario instalar menos palancas para restaurar la percepción visual, lo que podría hacer que este sea un enfoque más factible», dijo Xiao.