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 la experiencia sensorial vívida que llamamos vista. Un elemento crítico de este proceso de codificación depende de las neuronas que responden selectivamente adiferentes características en la escena visual: los bordes y su orientación en el espacio transportan una enorme cantidad de información sobre el entorno visual, y las neuronas individuales en la corteza visual codifican esta información respondiendo selectivamente a un rango estrecho de orientaciones de borde; algunos responden al máximo verticalmenteu horizontal, y otros a diferentes orientaciones intermedias. Pero las neuronas en la corteza visual se enfrentan a otro desafío en la representación de la información visual: deben reunir las señales que se originan en los ojos izquierdo y derecho para crear una única representación binocular unificada.las entradas de los dos ojos ocurren en la corteza visual y sabemos que esto se logra conUn alto grado de precisión tal que las neuronas individuales respondan selectivamente a la misma orientación con estimulación del ojo izquierdo o derecho.Lo que falta 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 crítico para la experiencia visual temprana enguiando la formación de una representación binocular unificada.
El primer problema 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. ¿El cerebro usa la visión para alinear las representaciones? Abordaron esta pregunta enEl 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 a través de la superficie cortical para diferentes orientaciones. Esto hace posible el uso de técnicas de imagen quedetectar 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 uno: los patrones modularesde actividad producida por la estimulación del ojo izquierdo con una sola orientación, werEs diferente de los patrones modulares producidos por la misma orientación de estímulo presentada al ojo derecho.En otras palabras, nuestros cerebros son capaces de desarrollar representaciones de red ordenadas de orientación de borde 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 corto período de tiempo 7-10 días en el que la experiencia visual impulsa la alineación de estas representaciones tempranas.Es importante destacar que el período en que la experiencia visual es capaz de soportar la alineación se limitó a la primera semana después de la apertura del ojo, lo que deja en claro que la experiencia visual temprana es crítica para el desarrollo adecuado de los circuitos que admiten la visión binocular para el resto de la vida.
Estos resultados sugirieron que la experiencia visual binocular al comienzo del desarrollo probablemente sea un factor clave en la alineación de las representaciones de red de los dos ojos. Esto los llevó a preguntarse cómo serían los patrones de actividad en la corteza visual para la estimulación simultáneade los dos ojos al inicio del desarrollo antes de que se haya logrado la alineación. Sorprendentemente, encontraron que la estimulación binocular condujo a la aparición de una tercera representación modular, una que era 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 representación binocular temprana era más estable que las otras, y se parecía más 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 binocularpuede guiar el proceso de reorganización, asegurando que las tres representaciones seanalineado como una sola red coherente.
En última instancia, estos cambios en la estructura de la red deben reflejar los cambios en las propiedades de respuesta de las neuronas individuales, y para probar el proceso de alineación a escala celular, recurrieron a experimentos utilizando imágenes de dos fotones que les permitieron visualizar las propiedades de respuesta deneuronas individuales. De acuerdo con las observaciones de representación de la red, las neuronas individuales mostraron preferencias de orientación no coincidentes para la estimulación monocular antes del inicio de la experiencia visual que se rectifican por cambios en la orientación preferida inducida por la experiencia visual. Los siguientes pasos de este proyecto son investigar la reorganización de la reda 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 crítica para abordar los trastornos visuales que surgen de anormalidades tempranas en la experiencia visual como la ambliopía. Pero la alineación guiada por la experiencia de las redes corticales es probablemente crítica para un ampliogama 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 subyacentesinformación sobre una serie de trastornos del desarrollo neurológico cuyas causas aún se desconocen en gran medida.
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Materiales proporcionado por Instituto Max Planck de Florida para la Neurociencia . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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