La visión es un proceso complejo que se ha estudiado con éxito gracias a la colaboración de varias disciplinas. La retina captura la luz, el nervio óptico transmite los impulsos eléctricos al cerebro, lo que en última instancia genera la percepción de una imagen. 

Aunque este proceso lleva algún tiempo, estudios recientes han demostrado que la primera etapa de la visión, la percepción de la luz en sí, es extremadamente rápida. Pero el análisis de este paso decisivo se llevó a cabo en moléculas en solución en el laboratorio. 

Científicos de la Universidad de Ginebra (UNIGE) en colaboración con EPFL y los Hospitales Universitarios de Ginebra (HUG), reprodujeron el experimento en ratones, con el fin de observar el procesamiento de la luz por un organismo vivo en toda su complejidad. Este estudio no invasivo muestra que la energía de la luz por sí sola no define la respuesta de la retina. Su forma (corta o larga) también tiene un impacto en la señal enviada al cerebro para formar una imagen. 

Este descubrimiento, publicado en la revista Science Advances, abre un nuevo campo de investigación en visión, diagnóstico y posiblemente nuevas posibilidades curativas de la luz. 

“En el ojo, la primera etapa de la visión se basa en una pequeña molécula – la retina – que, al contacto con la luz, cambia de forma. Cuando la retina altera su forma geométrica, desencadena un mecanismo complejo que resultará en un impulso nervioso generado en el nervio óptico”, explica Geoffrey Gaulier, investigador del Departamento de Física Aplicada de la Facultad de Ciencias de la UNIGE y primer autor del estudio.

Este proceso toma algún tiempo entre el momento en que el ojo percibe la luz y el momento en que el cerebro la decodifica. Los físicos miraron la primera molécula en la cadena, la retina, para ver cuánto tiempo tomó cambiar su forma. Aislaron esta molécula en una cubeta y la sometieron a pulsos láser para probar su velocidad de reacción. ¡Para su gran sorpresa, la molécula reaccionó en unos 50 femtosegundos!

“A modo de comparación, un femtosegundo en comparación con un segundo es el equivalente a un segundo en comparación con la edad del Universo. Esto es tan rápido que nos preguntamos si esta velocidad podría ser alcanzada por la molécula solo cuando estaba aislada, o si poseía la misma velocidad en un organismo vivo en toda su complejidad”, señala Jean-Pierre Wolf, profesor de la Sección de Física de la UNIGE y último autor de la investigación.

La intensidad y la forma de la luz definen la sensibilidad del ojo

Para estudiar esta primera etapa de la visión en detalle, los científicos llamaron a biólogos, en particular Iván Rodríguez y Pedro Herrera, profesores de las Facultades de Ciencias y Medicina de la UNIGE, respectivamente, que colocaron una lente de contacto y realizaron un electrorretinograma en ratones. 

Este método, que es totalmente no invasivo, permite medir la intensidad de la señal enviada al nervio óptico. Cuando la luz golpea la retina, pudieron observar un voltaje eléctrico en la córnea, gracias a un amplificador electrónico. Los resultados mostraron que esta etapa tuvo lugar con la misma velocidad extrema que cuando la molécula está aislada. 

El equipo continuó el estudio variando la forma de los pulsos con el tiempo. «Siempre enviamos la misma energía, el mismo número de fotones, pero cambiamos la forma del pulso de luz. A veces el pulso es corto, a veces largo, a veces cortado, etc.», explica Geoffrey Gaulier. De hecho, cambiar la forma no debería inducir ninguna variación en la respuesta de la retina, porque hasta ahora se pensaba que solo el número de fotones capturados por el ojo jugaba un papel.¡Pero este no es el caso!». Este resultado se podría explicar con la ayuda de simulaciones por computadora realizadas en el grupo de Ursula Röthlisberger de EPFL.

Los científicos observaron que el ojo no reaccionaba de la misma manera dependiendo de la forma de la luz, a pesar de que la energía de la luz era idéntica. «También descubrimos que la reacción del ojo difería según el orden en que los colores eran variados, por ejemplo, como en un arco iris temporal, a pesar de que se suceden extremadamente rápido», continúa Jean-Pierre Wolf. En resumen, la retina cree que hay más o menos luz dependiendo de la forma de la luz, mientras que la energía es similar, y por lo tanto envía una corriente más fuerte o más débil al cerebro dependiendo de su respuesta.

Este descubrimiento, que se hizo en el contexto de un proyecto Sinergia de la Fundación Nacional Suiza de Ciencias (SNSF), abre un nuevo campo de investigación en la visión. «Ahora que sabemos que la forma de la luz juega un papel en la percepción, podemos usar este nuevo conocimiento para hacer que el ojo funcione de manera diferente», propone Jean-Pierre Wolf. Ahora se pueden desarrollar áreas de investigación sobre nuevas posibilidades para diagnosticar o posiblemente tratar las debilidades oculares.

Imagen de portada: Visión artística de los pulsos láser de femtosegundo llegado a un ojo. Créditos:  ©Scientify – UNIGE