La experiencia visual temprana impulsa la alineación precisa de las redes corticales para la visión binocular
Crédito: CC0 Public Domain
Las redes neuronales en la corteza visual del cerebro hacen un trabajo notable al transformar los patrones de luz que caen sobre la retina en vívidos experiencia sensorial de la vista. Un elemento crítico de este proceso de codificación depende de las neuronas que responden selectivamente a las características de la escena visual. Los bordes y su orientación en el espacio transmiten una enorme cantidad de información sobre el entorno visual, y las neuronas individuales de la corteza visual codifican esta información respondiendo selectivamente a una estrecha gama de orientaciones de los bordes; algunos responden al máximo a la vertical u horizontal, y otros a diferentes orientaciones intermedias.
Pero las neuronas de la corteza visual se enfrentan a otro desafío al representar la información visual: deben reunir las señales que se originan en los ojos izquierdo y derecho para crear una única representación binocular unificada. La asociación de las entradas de los dos ojos ocurre en la corteza visual, y los investigadores saben que esto se logra con un alto grado de precisión, de modo que las neuronas individuales responden selectivamente a la misma orientación con estimulación del ojo izquierdo o derecho. Lo que ha faltado es una comprensión clara de los mecanismos de desarrollo que son responsables de unir las entradas de los dos ojos, una brecha en el conocimiento que llevó a los investigadores de Max Planck Florida a una serie de experimentos que han revelado un papel fundamental para la experiencia visual temprana en guiando la formación de una representación binocular unificada.
La primera cuestión que los científicos de Max Planck Jeremy Chang, David Whitney y David Fitzpatrick querían abordar es si la alineación de las entradas de los dos ojos requiere experiencia visual. ¿Utiliza el cerebro la visión para alinear las representaciones? Abordaron esta pregunta en el hurón, una especie que tiene una corteza visual bien organizada con una estructura modular repetitiva en la que las neuronas cercanas tienen preferencias de orientación similares, lo que da como resultado distintos patrones de actividad en la superficie cortical para diferentes orientaciones. Esto hace posible el uso de técnicas de imagen que detectan señales de calcio para visualizar los diferentes patrones modulares de actividad que están asociados con diferentes orientaciones.
Antes del inicio de la experiencia visual, encontraron que la estimulación monocular producía patrones de actividad que tenían todas las características de la corteza visual madura excepto una: los patrones modulares de actividad producidos por la estimulación del ojo izquierdo con un la orientación única era diferente de los patrones modulares producidos por la misma orientación de estímulo presentada en el ojo derecho. En otras palabras, los cerebros son capaces de desarrollar representaciones ordenadas de redes de orientación de bordes en ausencia de experiencia visual, pero estas redes carecen de la alineación binocular que se ve en animales maduros.
Experimentos adicionales permitieron a los investigadores descubrir un proceso dinámico que ocurre durante un período corto de tiempo (de siete a 10 días) en el que la experiencia visual impulsa la alineación de estas representaciones tempranas. Es importante destacar que los investigadores encontraron que el período en el que la experiencia visual es capaz de respaldar la alineación se limita a la primera semana después de abrir los ojos, lo que deja en claro que la experiencia visual temprana es fundamental para el desarrollo adecuado de los circuitos que respaldan la visión binocular por el resto de la vida. .
Estos resultados sugirieron que la experiencia visual binocular temprana en el desarrollo probablemente sea un factor clave en la alineación de las representaciones de la red de los dos ojos. Esto los llevó a preguntarse cómo serían los patrones de actividad en la corteza visual para la estimulación simultánea de los dos ojos en las primeras etapas del desarrollo antes de que se haya logrado la alineación. Sorprendentemente, encontraron que la estimulación binocular conducía a la aparición de una tercera representación modular, distinta de los patrones de actividad encontrados para la estimulación de los dos ojos de forma independiente. Al rastrear estas tres representaciones a lo largo del tiempo, descubrieron que la primera representación binocular era más estable que las otras, pareciendo más similar a la representación madura y unificada que emerge con la experiencia visual. Por lo tanto, la activación de esta representación binocular con el inicio de la experiencia visual binocular puede guiar el proceso de reorganización, asegurando que las tres representaciones se alineen como una sola red coherente.
En la corteza visual madura, patrones de actividad modulares similares ( blanco) se observan cuando se muestra la misma orientación al ojo izquierdo o derecho. Por el contrario, en las primeras etapas del desarrollo, se observan patrones de actividad marcadamente diferentes para el mismo estímulo, lo que da como resultado un desajuste monocular que refleja la desalineación de las representaciones de orientación de los dos ojos. Crédito: Max Planck Florida Institute for Neuroscience
En última instancia, estos cambios en la estructura de la red deben reflejar cambios en las propiedades de respuesta de las neuronas individuales, y para probar el proceso de alineación a escala celular, recurrieron a experimentos que utilizan imágenes de dos fotones. eso les permitió visualizar las propiedades de respuesta de las neuronas individuales. De acuerdo con las observaciones de la representación de la red, las neuronas individuales exhibieron preferencias de orientación no coincidentes para la estimulación monocular antes del inicio de la experiencia visual que se rectifican mediante cambios en la orientación preferida inducidos por la experiencia visual. Los próximos pasos de este proyecto son investigar la reorganización de la red a escala sináptica, para identificar con precisión qué componentes de la red cortical están cambiando y los mecanismos que permiten el cambio.
Una mayor comprensión de los mecanismos responsables de la alineación dependiente de la experiencia de las redes corticales es fundamental para abordar los trastornos visuales que surgen de anomalías tempranas en la experiencia visual, como la ambliopía. Pero la alineación guiada por la experiencia de las redes corticales probablemente sea fundamental para una amplia gama de funciones cerebrales sensoriales, motoras y cognitivas que están optimizadas para respaldar una navegación e interacción efectivas con nuestro mundo. Identificar aquellos aspectos de los circuitos cerebrales que dependen de la experiencia temprana para una alineación adecuada y comprender los mecanismos de alineación subyacentes podría ofrecer información sobre una serie de trastornos del neurodesarrollo cuyas causas aún se desconocen en gran medida.
El estudio se publica en Neuron .
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Los científicos explican el origen de la diversidad de mapas cerebrales para la dominancia ocular Más información: Neuron (2020). DOI: 10.1016/j.neuron.2020.04.022 Información de la revista: Neuron
Proporcionado por Max Planck Florida Institute for Neuroscience Cita: La experiencia visual temprana impulsa la alineación precisa de redes corticales para la visión binocular (18 de mayo de 2020) recuperado el 31 de agosto de 2022 de https://medicalxpress.com/news/2020-05-early-visual-precise-alignment-cortical.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.