Nuestro entorno visual es increíblemente complejo. Los espacios más pequeños contienen innumerables colores, estructuras y contrastes. A pesar de esto, podemos identificar objetos y movimientos con gran precisión. Incluso la mosca de la fruta, que solo tiene una fracción de nuestras neuronas, puedemaneje estas distinciones. Investigadores del Instituto Max Planck de Neurobiología en Martinsried han encontrado evidencia de que el sistema visual de la mosca de la fruta se ha adaptado de manera óptima a las características del medio ambiente durante millones de años. La distribución desigual de las regiones brillantes y oscuras de la naturalezase refleja en un procesamiento asimétrico similar por el cerebro de la mosca.
Sin que nos demos cuenta de ello, nuestro sistema visual aborda tareas increíblemente difíciles cada segundo. Por ejemplo, para poder alcanzar un bolígrafo, nuestro cerebro debe distinguir su forma y textura de forma rápida y precisa de docenas de otras, a menudo muysimilares: objetos en el entorno. Este proceso funciona bajo una gran variedad de condiciones de luz y contra casi cualquier tipo de fondo. Para facilitar el procesamiento de dicha información visual, el sistema visual incorpora expectativas de características típicas del entorno en sus cálculosAlexander Borst y su equipo en el Instituto Max Planck de Neurobiología han investigado cómo estas expectativas tienen en cuenta los cálculos neuronales en la mosca de la fruta Drosophila melanogaster .
Corrección del curso en un entorno virtual
En sus experimentos, los investigadores utilizaron un comportamiento innato de las moscas. Los animales estabilizan su curso con la ayuda de lo que se conoce como la reacción optomotora. Por ejemplo, si una mosca se desvía a la izquierda por una ráfagade viento, el mundo entero gira hacia la derecha desde su perspectiva. Para volver al rumbo, las moscas rotan de manera confiable en la misma dirección que la imagen percibida, en este caso a la derecha. Para estudiar los principios detrás de esta corrección del rumbo, los investigadoresconstruyó un entorno virtual para los animales. Tres monitores de computadora llevaron a la mosca a creer que estaba navegando a través de diferentes entornos naturales mientras los sensores seguían sus movimientos en una bola de poliuretano suspendida en el aire.
"Me arrastré por el bosque alrededor del instituto durante días con mi teléfono inteligente para registrar las imágenes panorámicas que utilizamos en estos experimentos", informa Aljoscha Leonhardt, uno de los primeros autores del estudio. Los investigadores ocasionalmente simulaban una ráfaga de viento virtualgirando brevemente el entorno en las pantallas hacia la derecha o hacia la izquierda. Como en la naturaleza, Drosophila hábilmente ajustado a esta deriva óptica: en una fracción de segundo, el insecto se movía de nuevo directamente a través del mundo virtual.
Luego, los investigadores utilizaron un truco genético para suprimir la actividad de las neuronas que calculan la dirección del movimiento en el cerebro de la mosca y finalmente desencadenan la rotación de la mosca. De manera similar a los vertebrados, este cálculo se realiza en dos canales paralelos en elsistema óptico de fly: una vez para aumentar el brillo canal ON y otra para reducir el brillo canal OFF. La primera se lleva a cabo en las células T4 y la segunda en las células T5. Cuando ambos tipos de neuronas se desconectaban, los animalesya no podían ver el movimiento de su entorno y no podían corregir su curso, sin embargo, si solo uno de los canales estaba apagado, para asombro de los neurobiólogos, las moscas continuaron compensando las ráfagas virtuales de viento rápidamente yeficientemente. Por lo tanto, cada uno de los dos canales parece responder de manera óptima a los cambios ambientales.
Paralelo pero diferente
Sin embargo, otras pruebas revelaron que existen diferencias considerables entre los dos canales. Por ejemplo, mientras que las células T4 del canal ENCENDIDO respondieron muy fuertemente a los bordes brillantes que se movían lentamente, las células T5 del canal APAGADO estaban principalmente activas en presencia debordes oscuros rápidos. Para probar si esta asimetría representa una adaptación a la naturaleza, los investigadores simularon la red en la computadora. Entrenaron a las células virtuales T4 y T5 para estimar la velocidad de movimiento de las imágenes naturales con la mayor precisión posible.
El resultado mostró una asimetría muy similar a la observada en las pruebas fisiológicas anteriores. "Suponemos que las diferencias funcionales entre las células T4 y T5 se desarrollaron como una adaptación a la diferente distribución de brillo y oscuridad en el entorno visual natural", explicaGeorg Ammer, el segundo primer autor del estudio. La incorporación de las expectativas de las condiciones ambientales naturales hace que el procesamiento visual sea más confiable y eficiente. Debido a que las personas y las moscas viven en entornos visuales similares, es concebible que esta visión del procesamiento visual en el cerebro de la moscaTambién es aplicable al cerebro humano.
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Materiales proporcionado por Max-Planck-Gesellschaft . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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