Valentin Riedl (izquierda), líder del grupo de investigación, con su colega, Christian Sorg. Al fondo, imágenes del cerebro en sus diferentes fases del proceso de la visión. (Foto: K. Bauer / TUM)
El sentido de la vista o visión es posible gracias a un órgano receptor, el ojo, que recibe las impresiones luminosas y las transforma en señales eléctricas que transmite al cerebro por las vías ópticas. A partir de esas señales, el cerebro construye las imágenes que vemos.
Aunque todo este proceso es bien conocido desde hace tiempo, lo que ocurre dentro del cerebro en ese pequeño espacio de tiempo no está bien descifrado científicamente. Una nueva investigación desarrollada por Valentin Riedl, de la Universidad Técnica de Munich (TUM) y su equipo, ha descubierto lo que pasa en el cerebro durante el proceso de la visión.
Esta investigación ha determinado que el cerebro se prepara para recibir las impresiones luminosas tan pronto como se abren los ojos, un fenómeno que no se había observado hasta ahora. Eso significa que el proceso de la visión se activa en el cerebro antes de que realmente veamos algo.
Se ha podido descubrir observando el comportamiento de los dos neurotransmisores más importantes del cerebro. Los neurotransmisores son mensajes químicos que las neuronas utilizan para intercambiar información.
Los dos neurotransmisores más importantes son el glutamato y el GABA. El glutamato media en la información sensorial, entre otros cometidos, y está presente en casi el 90% de las sinapsis del cerebro. Participa por tanto activamente en el proceso de la visión.
El GABA participa también en la comunicación entre neuronas, pero si el glutamato lo que hace es activar las neuronas, el GABA las inhibe. Esta función inhibidora predomina sobre la excitadora en el sistema nervioso y de esta forma el cerebro modula los estímulos sensoriales.
Al abrir los ojos
Un ejemplo de este proceso ocurre en el momento de la visión: esta investigación ha podido demostrar que la distribución de esos dos neurotransmisores cambia tan pronto como abrimos los ojos, sin importar si realmente vemos algo.
El cerebro altera las concentraciones de los dos neurotransmisores para procesar los estímulos visuales en función de los requerimientos de cada momento. Cuando tenemos los ojos cerrados, los niveles de GABA son altos, es decir, las neuronas especializadas en la visión están inhibidas. No es necesario activarlas porque no tenemos que ver nada.
Sin embargo, desde que abrimos los ojos, los niveles de GBA disminuyen rápidamente, aunque la habitación esté a oscuras y no podamos ver nada. El cerebro espera todavía un poco más, hasta que aparezca el primer estímulo visual (la luz de la mesa de noche, por ejemplo) para aumentar la concentración de glutamato, el neurotransmisor que activa las neuronas de la visión. Ahora vemos todo a la perfección.
El estudio es único en el sentido de que el equipo utilizó espectroscopia de resonancia magnética (MRS) para medir las concentraciones de los neurotransmisores en detalle y, sobre todo, en paralelo. Los resultados se publican en The Journal of Neuroscience.
Aunque todo este proceso es bien conocido desde hace tiempo, lo que ocurre dentro del cerebro en ese pequeño espacio de tiempo no está bien descifrado científicamente. Una nueva investigación desarrollada por Valentin Riedl, de la Universidad Técnica de Munich (TUM) y su equipo, ha descubierto lo que pasa en el cerebro durante el proceso de la visión.
Esta investigación ha determinado que el cerebro se prepara para recibir las impresiones luminosas tan pronto como se abren los ojos, un fenómeno que no se había observado hasta ahora. Eso significa que el proceso de la visión se activa en el cerebro antes de que realmente veamos algo.
Se ha podido descubrir observando el comportamiento de los dos neurotransmisores más importantes del cerebro. Los neurotransmisores son mensajes químicos que las neuronas utilizan para intercambiar información.
Los dos neurotransmisores más importantes son el glutamato y el GABA. El glutamato media en la información sensorial, entre otros cometidos, y está presente en casi el 90% de las sinapsis del cerebro. Participa por tanto activamente en el proceso de la visión.
El GABA participa también en la comunicación entre neuronas, pero si el glutamato lo que hace es activar las neuronas, el GABA las inhibe. Esta función inhibidora predomina sobre la excitadora en el sistema nervioso y de esta forma el cerebro modula los estímulos sensoriales.
Al abrir los ojos
Un ejemplo de este proceso ocurre en el momento de la visión: esta investigación ha podido demostrar que la distribución de esos dos neurotransmisores cambia tan pronto como abrimos los ojos, sin importar si realmente vemos algo.
El cerebro altera las concentraciones de los dos neurotransmisores para procesar los estímulos visuales en función de los requerimientos de cada momento. Cuando tenemos los ojos cerrados, los niveles de GABA son altos, es decir, las neuronas especializadas en la visión están inhibidas. No es necesario activarlas porque no tenemos que ver nada.
Sin embargo, desde que abrimos los ojos, los niveles de GBA disminuyen rápidamente, aunque la habitación esté a oscuras y no podamos ver nada. El cerebro espera todavía un poco más, hasta que aparezca el primer estímulo visual (la luz de la mesa de noche, por ejemplo) para aumentar la concentración de glutamato, el neurotransmisor que activa las neuronas de la visión. Ahora vemos todo a la perfección.
El estudio es único en el sentido de que el equipo utilizó espectroscopia de resonancia magnética (MRS) para medir las concentraciones de los neurotransmisores en detalle y, sobre todo, en paralelo. Los resultados se publican en The Journal of Neuroscience.
Metodología
Durante el experimento, un grupo de voluntarios estuvieron a oscuras durante cinco minutos con los ojos cerrados. Luego abrieron los ojos y miraron a la oscuridad. Finalmente, se les mostró un estímulo visual (tablero de ajedrez) que se encendió y apagó rápidamente. Durante todo el experimento, las concentraciones de ambos neurotransmisores en la corteza visual se midieron simultáneamente, no sólo por MRS, sino también por imagen por resonancia magnética funcional (IRMf), un método común para visualizar la actividad cerebral humana.
“Los resultados de los dos métodos coincidieron perfectamente. Al combinar las dos técnicas, no solo podemos decir que hay una mayor actividad en una región, sino que también, por primera vez, podemos atribuir específicamente esa actividad a los dos neurotransmisores”, explica Riedl en un comunicado.
Los hallazgos de Riedl y su equipo también tienen relevancia clínica. Por ejemplo, se sospecha que la distribución de los dos neurotransmisores se altera permanentemente en trastornos psiquiátricos como la esquizofrenia.
“Hasta la fecha, sin embargo, no hay pruebas de esto. Un examen que utiliza tanto la espectroscopia como la fMRT proporcionaría información mucho más precisa y de gran alcance sobre las concentraciones de los neurotransmisores en los pacientes", concluye Riedl.
Durante el experimento, un grupo de voluntarios estuvieron a oscuras durante cinco minutos con los ojos cerrados. Luego abrieron los ojos y miraron a la oscuridad. Finalmente, se les mostró un estímulo visual (tablero de ajedrez) que se encendió y apagó rápidamente. Durante todo el experimento, las concentraciones de ambos neurotransmisores en la corteza visual se midieron simultáneamente, no sólo por MRS, sino también por imagen por resonancia magnética funcional (IRMf), un método común para visualizar la actividad cerebral humana.
“Los resultados de los dos métodos coincidieron perfectamente. Al combinar las dos técnicas, no solo podemos decir que hay una mayor actividad en una región, sino que también, por primera vez, podemos atribuir específicamente esa actividad a los dos neurotransmisores”, explica Riedl en un comunicado.
Los hallazgos de Riedl y su equipo también tienen relevancia clínica. Por ejemplo, se sospecha que la distribución de los dos neurotransmisores se altera permanentemente en trastornos psiquiátricos como la esquizofrenia.
“Hasta la fecha, sin embargo, no hay pruebas de esto. Un examen que utiliza tanto la espectroscopia como la fMRT proporcionaría información mucho más precisa y de gran alcance sobre las concentraciones de los neurotransmisores en los pacientes", concluye Riedl.
Referencia
Opposite Dynamics of GABA and Glutamate Levels in the Occipital Cortex during Visual Processing. Katarzyna Kurcyus et al. Journal of Neuroscience 14 November 2018, 38 (46) 9967-9976. DOI: https://doi.org/10.1523/JNEUROSCI.1214-18.2018
Opposite Dynamics of GABA and Glutamate Levels in the Occipital Cortex during Visual Processing. Katarzyna Kurcyus et al. Journal of Neuroscience 14 November 2018, 38 (46) 9967-9976. DOI: https://doi.org/10.1523/JNEUROSCI.1214-18.2018