Investigadores de la TUM han resuelto un debate científico de seis décadas sobre la percepción visual en mamíferos, confirmando el modelo de Hubel y Wiesel mediante observaciones del flujo de datos entre neuronas.
Un prolongado debate científico que ha persistido por más de seis décadas sobre el proceso exacto de la percepción visual en mamíferos ha llegado a su fin. Investigadores de la Tecnológica Universidad de Múnich (TUM) han logrado observar el flujo de datos entre las neuronas, confirmando así la validez del modelo propuesto por David Hubel y Torsten Wiesel, quienes fueron galardonados con el Premio Nobel en 1981, aunque su teoría había sido objeto de controversia.
La investigación reciente aclara que el proceso visual es el resultado de cálculos ordenados y escalonados en el cerebro, donde neuronas especializadas responden a características como bordes, orientaciones y movimientos. A pesar del apoyo general a esta teoría, algunos científicos habían planteado dudas sobre si existían células en el tálamo que ya estaban especializadas en ciertas orientaciones. La nueva investigación ha abordado estas cuestiones al analizar por primera vez el flujo de datos entre el tálamo y la corteza cerebral.
El equipo de investigación, liderado por el profesor Arthur Konnerth, junto con el Dr. Yang Chen y el estudiante de doctorado Marinus Kloos, utilizó una innovadora técnica de microscopía para observar este flujo de datos a nivel sináptico. Los resultados obtenidos respaldan claramente las afirmaciones fundamentales de la teoría de Hubel y Wiesel. Esta investigación fue publicada en la prestigiosa revista Science.
El profesor Konnerth destacó que sus hallazgos demuestran cuán visionarios y precisos fueron Hubel y Wiesel al desentrañar los procesos de percepción visual hace más de 60 años. Su enfoque no solo fundamenta investigaciones actuales en neurociencias, sino que también influye en el desarrollo de redes neuronales artificiales. Aprender de la naturaleza y sus adaptaciones evolutivas sigue siendo un camino exitoso para los avances tecnológicos.
Durante la percepción visual, las señales viajan desde los ojos al tálamo, un centro clave en lo profundo del cerebro, antes de dirigirse hacia la corteza visual ubicada en la parte posterior del cráneo. En una primera etapa dentro de esta corteza, conocida como corteza visual primaria, se procesan propiedades básicas como bordes y contrastes. Los investigadores examinaron específicamente esta conexión entre el tálamo y la corteza visual utilizando ratones como sujetos del estudio.
A través de una forma avanzada de microscopía llamada microscopía de dos fotones, lograron visualizar las sinapsis vivas entre las neuronas. Para ello, aplicaron proteínas especiales que parpadeaban al recibir un señal químico. Mientras tanto, presentaron estímulos visuales simples a los animales para rastrear cómo respondían las conexiones cerebrales según diferentes orientaciones.
Para distinguir entre señales provenientes directamente del tálamo y aquellas transmitidas internamente dentro de la corteza cerebral, los investigadores utilizaron un truco basado en optogenética: equiparon ciertas neuronas con proteínas sensibles a la luz que permitieron “silenciar” temporalmente partes específicas del cerebro. Si una sinapsis continuaba parpadeando a pesar del apagón cortical, significaba que esa señal provenía del tálamo; si desaparecía, era porque provenía de neuronas vecinas dentro del córtex.
A partir de estos experimentos, los científicos pudieron medir por separado cómo reaccionaban las conexiones talámicas frente a las internas corticales ante distintas orientaciones. El resultado mostró que las conexiones desde el tálamo proporcionan señales robustas pero no especializadas en dirección específica; mientras que la identificación real de la dirección —por ejemplo, si una línea es horizontal o vertical— se produce mediante interconexiones dentro del córtex.
Este hallazgo resuelve un punto debatido durante mucho tiempo: algunos investigadores habían sospechado que ya existían células especializadas en orientación dentro del tálamo que enviaban señales “preparadas” a la corteza. La nueva investigación demuestra que en los mamíferos, el reconocimiento básico de patrones ocurre tal como lo describieron Hubel y Wiesel: el tálamo envía señales mayormente no específicas mientras que el córtex procesa estas señales para formar bordes y patrones definidos.