En el ámbito del estudio de la neurociencia, la percepción del color ha sido un tema fascinante y complejo de estudiar debido a su naturaleza intrínsecamente subjetiva y su vinculación estrecha con la supervivencia y el comportamiento animal. Recientemente, un equipo de neurocientíficos de la Universidad de Columbia ha hecho un avance significativo en la comprensión de cómo el cerebro de las moscas de la fruta procesa los colores, un descubrimiento que podría tener implicaciones amplias no solo para la biología sino para el desarrollo de nuevas tecnologías en el campo de la visión artificial y la robótica.

“Muchos de nosotros damos por sentado los ricos colores que vemos todos los días: el rojo de una fresa madura o el marrón oscuro en los ojos de un niño. Pero esos colores no existen fuera de nuestro cerebro. Más bien los colores son percepciones que el cerebro construye, ya que tiene sentido a las longitudes de ondas más largas y más cortas de la luz detectadas en los ojos. Preguntar cómo percibimos el mundo parece una pregunta simple, pero responderla es un desafío”, explica Rody Behnia, PhD, e investigador principal del Instituto Zuckerman. 

En el estudio de la percepción del color, el proceso mediante el cual los espectros de luz son convertidos en percepciones de color resulta especialmente fascinante. Los objetos reflejan la luz en un amplio espectro de longitudes de onda, ofreciendo una información de alta dimensión que nuestros ojos captan mediante un número limitado de canales fotorreceptores: tres en los seres humanos y cuatro en las moscas de la fruta. Esta considerable compresión de datos se traduce en el cerebro en la percepción de los colores en términos de tono, saturación y brillo. El tono se relaciona con la longitud de onda promedio del espectro; la saturación, o la pureza del color, con la varianza del espectro; y el brillo se asocia con la intensidad total de la luz.

Usando moscas de la fruta como un sistema modelo, los investigadores de Columbia se han propuesto caracterizar los circuitos neuronales que llevan a cabo este procesamiento. El objetivo: comprender cómo estos circuitos neuronales descomponen y transforman la información espectral en los colores que percibimos. 

Resultados obtenidos 

Los investigadores se encontraron conque redes específicas de neuronas en moscas de la fruta responden de forma selectiva a varios tonos de color. Estas neuronas selectivas de color se encuentran dentro del lóbulo óptico, el área cerebral responsable de la visión. 

Entre los colores a los que responden estas neuronas se encuentran aquellos que la gente percibiría como violeta y otros que corresponden a longitudes de onda ultravioleta (no detectables por los humanos). La detección de tonos UV es importante para la supervivencia de algunas criaturas, como las abejas y tal vez las moscas de la fruta; muchas plantas, por ejemplo, poseen patrones ultravioleta que pueden ayudar a guiar a los insectos hacia el polen.

Estudios anteriores habían informado de haber encontrado neuronas en los cerebros de los animales que responden selectivamente a diferentes colores o tonos, por ejemplo, rojo o verde. Pero nadie había sido capaz de rastrear los mecanismos neuronales que hicieron posible esta selectividad de tono.

El mapa y la matemática del color

Los investigadores han logrado superar estos desafíos gracias a la utilización dos herramientas claves: el uso del conectoma del cerebro de la mosca, una representación detallada de cómo están interconectadas aproximadamente 130.000 neuronas y 50 millones de sinapsis en su cerebro de tamaño de una semilla de amapola; y segundo, por la aplicación de modelos matemáticos para simular y explorar la actividad y capacidades de estos circuitos neuronales.

El uso del conectoma del cerebro de la mosca, como un mapa de referencia, permite a los investigadores identificar con precisión cómo se interrelacionan las neuronas para producir la selectividad de color. Este mapa es comparable a la imagen en una caja de rompecabezas que guía cómo encajan las piezas, proporcionando una herramienta invaluable para desentrañar los misterios del cerebro.

Los modelos matemáticos, por otro lado, ofrecen una forma de lidiar con la complejidad de las interconexiones cerebrales. “Los modelos matemáticos sirven como herramientas que nos permiten entender mejor algo tan desordenado y complejo como todas estas células cerebrales y sus interconexiones. Con los modelos podemos trabajar para dar sentido a toda esta complejidad”, explica Matthias Christenson, PhD, coautor del documento y ex miembro del Dr. El laboratorio de Behnia.

El modelado no solo reveló que estos circuitos pueden albergar la actividad requerida para la selectividad de tono, sino que también señaló un tipo de interconexión de célula a célula, conocida como recurrencia, sin la cual la selectividad de color no puede ocurrir. En un circuito neuronal con recurrencia, las salidas del circuito vuelven a circular para convertirse en entradas. Y esto sugerió otro experimento: “Cuando usamos una técnica genética para interrumpir parte de esta conectividad recurrente en los cerebros de las moscas de la fruta, las neuronas que anteriormente mostraban actividad selectiva de color perdieron esa propiedad. Esto reforzó nuestra confianza en que realmente habíamos descubierto circuitos cerebrales involucrados en la percepción del color”, detalla Álvaro Sanz-Diez, PhD, investigador postdoctoral en el Dr. El laboratorio de Behnia.

Retos y futuras direcciones

A pesar de los avances, la investigación enfrenta desafíos significativos, principalmente relacionados con la escala y la complejidad de los sistemas neuronales. Además, la extrapolación de hallazgos en moscas de la fruta a humanos requiere cautela debido a las diferencias obvias en la complejidad del cerebro.

Futuras investigaciones podrían explorar cómo estos circuitos interactúan con otras partes del cerebro para influir en el comportamiento complejo, o cómo se comparan con los mecanismos de percepción en otros animales, incluidos los humanos. Esto no solo ampliaría nuestro entendimiento de la neurociencia básica sino que también podría llevar a mejoras en las aplicaciones tecnológicas mencionadas.

En conclusión, el estudio de la Dra. Behnia y su equipo no solo amplía nuestro entendimiento de cómo las moscas de la fruta perciben el color, sino que también establece un puente hacia aplicaciones tecnológicas que podrían transformar nuestra interacción con las máquinas y el mundo natural. Con cada descubrimiento, nos acercamos un poco más a descifrar los misterios del cerebro, abriendo nuevas vías para la innovación en múltiples campos. 

Puede acceder al paper de la investigación a través del siguiente enlace:

https://www.nature.com/articles/s41593-024-01640-4

Imágenes: Unsplash