Un estudio sobre la mosca de la fruta revela el circuito de neuronas que podría explicar cómo los animales ven ondas de la luz como tonalidades de color
Percibir algo -lo que sea- en el entorno es ser consciente de lo que detectan los sentidos. La vista es algo tan fundamental para nosotros que no pensamos en ella, pero para poder ver en color, como los seres humanos, nuestro cerebro tiene que traducir los estímulos que produce la luz de distintas longitudes de onda en la retina en la idea del color naranja o verde, por ejemplo. ¿Dónde está ese «convertidor» de señal en el cerebro?
Los neurocientíficos de la Universidad de Columbia han identificado, por primera vez, un circuito de células cerebrales en moscas de la fruta que convierte las señales sensoriales brutas en percepciones del color que pueden guiar el comportamiento. Sus hallazgos se publican en la revista Nature Neuroscience.
«Muchos de nosotros damos por sentado la riqueza de colores que vemos cada día: el rojo de una fresa madura o el marrón intenso de los ojos de un niño. Pero esos colores no existen fuera de nuestro cerebro», afirma Rudy Behnia, investigador principal del Instituto Zuckerman de Columbia y autor del artículo. Según explicó, los colores son percepciones que el cerebro construye a medida que da sentido a las longitudes de onda más largas y más cortas de la luz que detectan los ojos.
«El cerebro ayuda a los organismos a sobrevivir y prosperar convirtiendo las señales sensoriales en percepciones del mundo», explica la Dra. Behnia. «Preguntarse cómo percibimos el mundo parece una pregunta sencilla, pero responderla es todo un reto», añadió el Dr. Behnia. «Mi esperanza es que nuestros esfuerzos por descubrir los principios neuronales que subyacen a la percepción del color nos ayuden a comprender mejor cómo los cerebros extraen las características del entorno que son importantes para sobrevivir cada día.»
El conectoma del color
Los investigadores han descubierto circuitos en el cerebro de las moscas de la fruta que les permiten percibir los colores. CRÉDITO: Instituto Zuckerman de Columbia
En su nuevo trabajo, el equipo de investigación informa del descubrimiento de redes específicas de neuronas, un tipo de célula cerebral, en moscas de la fruta que responden selectivamente a varios matices. El matiz designa los colores percibidos asociados a determinadas longitudes de onda o combinaciones de longitudes de onda de luz, que no son intrínsecamente coloridas. Estas neuronas selectivas se encuentran en el lóbulo óptico, la zona del cerebro responsable de la visión.
Entre las tonalidades a las que responden estas neuronas están las que las personas percibirían como violetas y otras que corresponden a longitudes de onda ultravioleta (no detectables por el ser humano). Detectar las tonalidades ultravioletas es importante para la supervivencia de algunas criaturas, como las abejas y quizá las moscas de la fruta; muchas plantas, por ejemplo, poseen patrones ultravioletas que pueden ayudar a guiar a los insectos hacia el polen.
Hasta ahora, los científicos habían descubierto neuronas en el cerebro de los animales que respondían selectivamente a distintos colores o tonalidades, como el rojo o el verde. Pero nadie había sido capaz de rastrear los mecanismos neuronales que hacen posible esta selectividad tonal.
Aquí es donde la reciente disponibilidad de un conectoma del cerebro de la mosca, es decir, el mapa de todas las conexiones entre las neuronas, ha demostrado ser útil. Este intrincado mapa detalla cómo están interconectadas unas 130.000 neuronas y 50 millones de sinapsis en el cerebro del tamaño de una semilla de amapola de la mosca de la fruta, explica el Dr. Behnia, que también es profesor adjunto de neurociencia en el Colegio Vagelos de Médicos y Cirujanos de Columbia.
Con el conectoma como referencia -al igual que la imagen de una caja de puzzle sirve de guía para saber cómo encajan mil piezas-, los investigadores utilizaron sus observaciones de las células cerebrales para desarrollar un diagrama que sospechaban que representaba los circuitos neuronales que subyacen a la selectividad tonal. A continuación, los científicos representaron estos circuitos como modelos matemáticos para simular y sondear las actividades y capacidades de los circuitos.
«Los modelos matemáticos son herramientas que nos permiten comprender mejor algo tan complicado y complejo como todas estas células cerebrales y sus interconexiones», explica Matthias Christenson, doctor, coautor del artículo y antiguo miembro del laboratorio del Dr. Behnia. «Con los modelos, podemos trabajar para dar sentido a toda esta complejidad». El Dr. Larry Abbott, catedrático William Bloor de Neurociencia Teórica, catedrático de Fisiología y Biofísica Celular e investigador principal del Instituto Zuckerman, también contribuyó decisivamente al trabajo de modelización.
La modelización no sólo reveló que estos circuitos pueden albergar la actividad necesaria para la selectividad tonal, sino que también señaló un tipo de interconectividad célula a célula, conocida como recurrencia, sin la cual la selectividad tonal no puede producirse. En un circuito neuronal con recurrencia, las salidas del circuito vuelven a convertirse en entradas. Álvaro Sanz-Diez, investigador postdoctoral en el laboratorio del Dr. Behnia y otro de los primeros autores del artículo publicado en Nature Neuroscience, explica que esto sugirió otro experimento.
«Cuando utilizamos una técnica genética para interrumpir parte de esta conectividad recurrente en el cerebro de las moscas de la fruta, las neuronas que antes mostraban actividad selectiva del tono perdieron esa propiedad», explica el Dr. Sanz-Diez. «Esto reforzó nuestra confianza en que realmente habíamos descubierto los circuitos cerebrales implicados en la percepción del color».
«Ahora sabemos un poco más sobre cómo el cableado del cerebro hace posible construir una representación perceptiva del color», dijo el Dr. Behnia. «Mi esperanza es que nuestros nuevos hallazgos puedan ayudar a explicar cómo los cerebros producen todo tipo de percepciones, entre ellas el color, el sonido y el gusto».
