La actividad retinal prepara a ratones ciegos recién nacidos para la visión
ARRIBA: ISTOCK, VITTORIACHE
En los días previos a que un ratón recién nacido abra sus ojos, impulsos nerviosos que han estado recorriendo aleatoriamente la retina desde el nacimiento comienza a fluir constantemente en una dirección, según un artículo publicado en Science hoy (22 de julio). Este patrón específico tiene un propósito crítico, dicen los autores, ayudar a establecer el circuito cerebral que se usará más adelante en la detección de movimiento.
Me encanta este artículo. Me dejó alucinado, dice David Berson, quien estudia el sistema visual en la Universidad de Brown y no participó en la investigación. Lo que implica es que la evolución ha construido un sistema visual que puede simular los patrones de actividad que verá más tarde cuando esté completamente maduro y los ojos estén abiertos, y que [el patrón simulado] a su vez da forma al desarrollo del sistema nervioso en una manera que lo hace mejor adaptado para ver esos patrones. . . . Eso es asombroso.
El hilo de este concepto puede estar entrelazado, pero para desentrañarlo, dice Berson, ayuda pensar en el sistema visual de los mamíferos, o en realidad en cualquier circuito neuronal, como si estuviera formado por una combinación de evolución y experiencias de vida, en resumen, naturaleza y crianza. Podríamos esperar que las experiencias visuales de la vida, la parte de crianza, comenzaran cuando los ojos se abren. Pero, al igual que un bebé humano en el útero practica la respiración y la succión sin haber experimentado nunca el aire o la lactancia, los ojos de los ratones recién nacidos parecen practicar la visión antes de que realmente puedan ver. La detección de movimiento es tan importante para la supervivencia del ratón que la evolución ha seleccionado variantes genéticas que configuran este entrenamiento de previsión, dice Berson.
Los investigadores habían sido conscientes de las ondas retinianas en los ojos cerrados de los ratones recién nacidos durante décadas y tenían sugirió que las ondas, que se forman y fluyen cada uno o dos minutos, desempeñan un papel en el desarrollo de los circuitos del sistema visual. En el nuevo estudio, el neurocientífico Michael Crair de la Escuela de Medicina de Yale y sus colegas encontraron que cuando los ratones tienen entre 8 y 11 días de edad, poco antes de que sus ojos se abran alrededor del día 13, las ondas adoptan una direccionalidad notable, dice Crair. Naturalmente, teníamos curiosidad por saber si esta direccionalidad desempeñaba algún papel en el desarrollo funcional del cerebro, dice. ¿Es casualidad la direccionalidad, o realmente hace algo, significa algo?
Las ondas de actividad neuronal, que el equipo observó a través de imágenes de calcio fluorescente de las retinas de los cachorros recién nacidos, viajaron desde las sienes de los animales hacia sus narices. . Esto realmente despertó nuestro interés, dice Crair, porque imita de cerca el flujo óptico, la direccionalidad que verías, o vería un animal, si se moviera hacia adelante a través del espacio. Debido a que el ojo invierte las imágenes que llegan a la retina, el movimiento hacia adelante crea el flujo inverso.
Es como si el animal estuviera soñando con correr hacia adelante antes de haberlo hecho, dice Crair.
A continuación, el equipo desarmó el circuito subyacente a la dirección de las ondas. Al inhibir una variedad de neurotransmisores en los ojos de los recién nacidos y ver si alguno interrumpía la dirección de la onda, se concentraron en el ácido gamma aminobutírico (GABA), que a su vez sugirió que las células responsables eran un tipo de interneurona llamada célula amacrina en forma de estrella que libera GABA. . Efectivamente, explica Crair, la ablación de la función de las células starburst también condujo a la pérdida de la direccionalidad de las ondas retinianas en los ratones recién nacidos.
El equipo pasó a demostrar que tal pérdida de la direccionalidad de las ondas retinianas en los recién nacidos, ya sea por La inhibición de la señal de GABA o la disfunción de las células amacrinas causaron una detección de movimiento deficiente una vez que los animales abrieron los ojos.
Video de microscopía de fluorescencia de ondas retinales direccionales típicas en un ojo de ratón recién nacido sin abrir, que se muestra a una velocidad real de 10x CORTESÍA DE XINXIN GE
Dos- A ratones de una semana de edad se les mostraron imágenes de bandas blancas y negras que se movían en diferentes direcciones mientras los investigadores registraban la actividad neuronal en una parte del cerebro de los animales llamada colículo superior, una región con células especializadas que responden a ciertas direcciones de movimiento visual. La actividad cerebral de los ratones con ondas retinianas interrumpidas, ya sea causada por la inhibición temporal de GABA o por una disfunción permanente de las células amacrinas, se veía diferente a la de los ratones de control, dice Crair. Menos células respondieron a los estímulos direccionales, dice, y las que lo hicieron tuvieron una selectividad de dirección más pobre. Normalmente tienes células que responden en una dirección y no en otra, explica, pero en estos animales las células responderían en muchas direcciones diferentes.
El documento contiene una gran cantidad de trabajo que es definitivamente interesante, dice David Feldheim, quien estudia procesamiento de información sensorial en la Universidad de California, Santa Cruz, y no participó en el estudio. Confirma y amplía lo que estábamos pensando sobre cómo funcionan las ondas retinianas, dice, y luego hay algunas preguntas sin respuesta.
Sería genial saber, por ejemplo, el mecanismo por el cual la dirección de la onda da forma selectividad de dirección en el colículo superior, dice, y para averiguar si los ratones cuyas ondas retinianas se interrumpieron temporalmente antes de abrir los ojos (a través de la inhibición de la señal GABA) pueden recuperarse más tarde de la detección de movimiento deteriorada o quedarse con ella.
Cualesquiera que sean los hallazgos sobre preguntas como esta, es probable que tengan implicaciones para el entrenamiento neuronal temprano más allá del sistema visual, dice Berson. Estoy seguro de que esto está sucediendo en el lado del motor; Estoy seguro de que también está sucediendo en otros sistemas sensoriales, dice. Esto es solo la punta del iceberg.