Diversas señales neuronales son clave para una rica información visual
La estimulación eléctrica desencadena actividades de aumento de las células ganglionares de la retina (RGC), que activarán el lóbulo occipital para obtener percepciones visuales artificiales. Las fibras ópticas en gris o en color representan el nervio óptico y la radiación óptica que emite esas señales neurales (el núcleo geniculado lateral se omite por brevedad). Es probable que los códigos de población heterogéneos (es decir, diversos patrones de picos de RGC) (B) codifiquen y transfieran información neuronal más rica que sus homólogos homogéneos (A). Crédito: Instituto Coreano de Ciencia y Tecnología (KIST)
La sensación visual comienza en la retina, que es el tejido neural ubicado en la parte posterior de los globos oculares. Se sabe que la retina detecta la luz utilizando fotorreceptores que son células nerviosas sensibles a la luz. En el caso de enfermedades degenerativas de la retina, como la retinitis pigmentosa y la degeneración macular relacionada con la edad, esas neuronas sensibles a la luz se dañan gradualmente, lo que lleva a una pérdida profunda de la visión. . Por el momento, no hay cura disponible para las dolencias antes mencionadas. Sin embargo, las prótesis retinianas microelectrónicas pueden crear visión artificial al estimular eléctricamente las neuronas retinianas restantes, aunque la visión protésica aún está muy alejada de la visión normal.
Para mejorar aún más la calidad de la visión artificial protésica, el grupo del Dr. Maesoon Im del Brain Science Institute del Korea Institute of Science and Technology (KIST) aplicó la neurociencia computacional y la teoría de la información a las señales neuronales de la retina. Se sabe que la retina, que tiene circuitos neuronales notablemente complejos, comprime las señales neuronales visuales. Por ejemplo, la retina convierte la luz en señales neuronales utilizando más de 100 millones de células fotorreceptoras. Luego, la visión se forma en el cerebro utilizando información visual que se transmite desde más de 1 millón de células ganglionares de la retina. El equipo de investigación de KIST reveló que la alta heterogeneidad de la señal de diferentes células ganglionares de la retina es un elemento clave para la transmisión eficiente de la información visual. Sin embargo, no se utilizan patrones de señales aleatorias que maximicen la heterogeneidad; se cree que se debe a cierto nivel de redundancia para corregir cualquier error potencial durante la transmisión de información desde la retina al cerebro. Estos hallazgos se publicaron recientemente en IEEE Transactions on Neural Systems and Rehabilitation Engineering. Se espera que este estudio tenga un gran valor práctico en el campo de la visión protésica.
El equipo de investigación de KIST aplicó la neurociencia computacional y la teoría de la información a las señales neuronales registradas en las neuronas de la retina de conejo para cuantificar la transmisión de la visión visual. información. Al mismo tiempo, observaron que la heterogeneidad se reduce ligeramente y se permite cierta redundancia para evitar errores en el proceso de transmisión de información.
El equipo de KIST comparó las señales neuronales que surgen en las células ganglionares de la retina de conejo retinas en respuesta a estímulos luminosos y eléctricos, cada uno de los cuales representa respuestas neurales de la retina sana y la retina enferma activadas por prótesis renales, respectivamente. Entre las propiedades de las señales neuronales, los investigadores se centraron específicamente en su heterogeneidad y encontraron que la heterogeneidad de la señal neuronal de célula a célula se ve alterada por la estimulación eléctrica en algún tipo de células ganglionares de la retina, que son neuronas de salida de la retina.
Esto sugiere que la información neuronal de la visión artificial es diferente entre los tipos de células ganglionares de la retina, que son canales de transmisión de la retina al cerebro. En particular, en algunos tipos de células, las señales neuronales que surgen en diversas neuronas fueron muy similares en respuesta a la estimulación eléctrica, que fueron muy diferentes de sus respuestas heterogéneas a la estimulación visual normal. Esta reducción en la diversidad de señales neuronales conduce a una disminución severa en la cantidad de información transmitida para la visión artificial, lo que puede causar dificultades para interpretar la información visual proporcionada artificialmente por los usuarios de prótesis.
El Dr. Joon Ho Kang de KIST explicó , «Esto significa que es difícil reemplazar con éxito información visual altamente compleja simplemente estimulando las neuronas. Probablemente, los implantes retinales microelectrónicos necesitan producir señales neuronales únicas en diferentes neuronas retinales para una alta heterogeneidad de las señales neuronales retinales completas». El año pasado, en experimentos con ratones que tenían una degeneración retinal progresiva, el grupo del Dr. Im demostró que la consistencia de las señales neuronales transmitidas por las células ganglionares individuales de la retina se reduce gradualmente a medida que avanza la enfermedad. Se cree que la consistencia de la señal neuronal es importante para las percepciones visuales estables.
Dra. Im declaró: «Combinado con los hallazgos del año pasado con respecto a la consistencia reducida en las retinas degeneradas, parece que se puede lograr una visión artificial casi normal si diferentes células ganglionares de la retina transmiten constantemente diversas señales neuronales». Aclarando aún más la importancia del estudio, continuó: «Este estudio demuestra que, para controlar la función cerebral en la visión protésica y otras diversas aplicaciones, es insuficiente simplemente crear señales neuronales. Más bien, dada la notable complejidad de las redes neuronales , necesitamos desarrollar estrategias de estimulación más eficientes que reproduzcan características más sofisticadas de las señales neuronales, como la heterogeneidad de la señal de neurona a neurona».
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El equipo encuentra una pista para mejorar la visión artificial de los pacientes con retinosis pigmentaria Más información: Joon Ho Kang et al, La estimulación eléctrica provoca respuestas heterogéneas en las células ganglionares retinales ON pero Not OFF para transmitir información neuronal rica, transacciones IEEE sobre sistemas neuronales e ingeniería de rehabilitación (2021). DOI: 10.1109/TNSRE.2020.3048973 Proporcionado por el Consejo Nacional de Investigación de Ciencia y Tecnología Cita: Diversas señales neuronales son clave para una rica información visual (9 de marzo de 2021) consultado el 30 de agosto de 2022 en https://medicalxpress .com/news/2021-03-diverse-neural-key-rich-visual.html Este documento está sujeto a derechos de autor. Aparte de cualquier trato justo con fines de estudio o investigación privados, ninguna parte puede reproducirse sin el permiso por escrito. El contenido se proporciona únicamente con fines informativos.