Actualmente, mientras que los mecanismos que están detrás de la visión formadora de imágenes han sido estudiados y se conocen como se producen, existe un gran desconocimiento de cuáles son las vías y circuitos de los comportamientos visuales no formadores de imágenes, que regulan aspectos claves para los humanos como son los ritmos circadianos. Incluso los aspectos elementales de los circuitos de la retina externa que transmiten las señales para impulsar los comportamientos de no formación de imágenes aún no se han explorado.
Para afrontar esta importante falta de conocimiento, un nuevo nuevo estudio con ratones del Instituto Nacional del Ojo de los EE.UU (NEI) y el Instituto Nacional de la Salud Mental (NIMH), ha estudiado cómo la retina sensible a la luz utiliza diferentes circuitos o vías dependiendo de si está generando una imagen para la visión o realizando una función no visual, como la regulación de los ciclos de sueño/vigilia o del tamaño de la pupila.
“Sabemos mucho sobre las vías que intervienen en la visión con formación de imágenes, pero hasta ahora se desconocía si los comportamientos visuales sin formación de imágenes dependen de estas mismas vías en el ojo y cómo lo hacen”, explica el doctor Johan Pahlberg, jefe del Grupo de Fisiología de Fotorreceptores del NEI y autor principal del estudio.
Los resultados muestran como existen dos circuitos diferenciados con respecto a la visión formadora de imágenes y la formadora de no imágenes, requiriendo esta última la vía de la retina más sensible. Los hallazgos podrían tener importantes implicaciones para entender cómo nuestros ojos ayudan a regular el estado de ánimo, la digestión, el sueño y el metabolismo.
Visión formadora o no formadora de imágenes
En la retina de los mamíferos, hay tres tipos de fotorreceptores, los fotorreceptores externos de la retina, los bastones y los conos, y las células ganglionares de la retina intrínsecamente fotosensibles (ipRGC). La visión comenzaría cuando la luz entra en el ojo y choca con estos fotorreceptores de la retina que detectan la luz. Los fotorreceptores transfieren señales a través de varias capas de neuronas de la retina antes de que esas señales se envíen al cerebro. Se ha demostrado que los fotorreceptores externos de la retina y los ipRGC contribuyen a los comportamientos no formadores de imágenes, como la respuesta a la luz pupilar y el ritmo circadiano.
La contribución de la melanopsina, el fotopigmento detrás de la respuesta intrínseca de la luz en los ipRGC, a la constricción de las pupilas se limitaría a una alta intensidad de luz. Del mismo modo, la melanopsina por sí sola es suficiente para fotoentrenar a los animales a fotoperíodos brillantes, pero insuficiente en fotoperíodos tenues. Por su parte, la contribución de los bastones frente a los conos a la constricción de la pupila y al fotoentrenamiento circadiano sigue siendo controvertida. Investigaciones más recientes sugieren que los bastones son el motor predominante para el reflejo luminoso pupilar y el fotoentrenamiento circadiano. Sorprendentemente, incluso los aspectos elementales de los circuitos de la retina externa que transmiten las señales de los bastones y los conos para impulsar los comportamientos de no formación de imágenes aún no se han explorado.
Para la visión formadora de imágenes, existen dos vías paralelas bien documentadas, ON y OFF, que responden al inicio y final de la luz, respectivamente. Esta división de la información comienza en la primera sinapsis de la retina, donde los fotorreceptores conos se conectan con las células bipolares de los conos (CBC) ON y OFF.
Además de las vías de los conos ON y OFF, hay tres vías de los bastones que se sabe que contribuyen a la visión formadora de imágenes: primaria, secundaria y terciaria. En la vía primaria de los bastones, la más sensible, los bastones hacen sinapsis con las células bipolares de los bastones (CBR), que son células de tipo ON. En la vía secundaria, las señales de los bastones se dirigen a los conos a través de las uniones gap bastón-cono y luego se transmiten a las CBC de tipo ON y OFF. En la vía terciaria, se cree que los bastones hacen sinapsis directamente con los CBC en OFF.
Aunque estas vías se han examinado en el contexto de la visión formadora de imágenes, se desconoce si los comportamientos visuales no formadores de imágenes dependen de estas mismas vías y cómo lo hacen.
Circuitos retinianos no formadores de imágenes
Para investigar las vías utilizadas por las funciones formadoras de imágenes frente a las no formadoras en la retina, Pahlberg y sus colegas estudiaron grupos de ratones que habían sido modificados genéticamente para desactivar uno o más enlaces de vías, o sinapsis, entre los fotorreceptores y su vecinas neuronales aguas abajo, las células bipolares. El grupo investigó las funciones de los fotorreceptores bastones, los cuales son sensibles a los niveles bajos de luz; los fotorreceptores cono, que ven el color; así como tres tipos de células bipolares: las células bipolares de los bastones, las células bipolares de los conos ON y las células bipolares de los conos OFF.
Las células bipolares de los conos ON reaccionan al aumento de la luz y las células bipolares de los conos OFF reaccionan a la disminución de la luz. Los fotorreceptores de los conos sólo pueden comunicarse con las células bipolares de los conos, mientras que los fotorreceptores de los bastones tienen vías para comunicarse con cada uno de los tipos de células bipolares, dependiendo del nivel de luz. Las células bipolares se comunican luego con otras neuronas de la retina, pasando la información al nervio óptico y al cerebro. Algunos ratones del estudio no tenían conexiones funcionales entre los bastones y las células bipolares «encendidas», por ejemplo, o conexiones entre los conos y cualquier célula bipolar, o carecían de conexiones entre los fotorreceptores de bastones y conos.
Los investigadores compararon las respuestas de los ratones a los estímulos visuales mientras evaluaban las respuestas a la luz de las pupilas y controlaban su ciclo nocturno de vigilia/sueño. Determinaron que mientras la visión formadora de imágenes puede utilizar fotorreceptores de bastones y conos, así como todos los tipos de células bipolares, no ocurría lo mismo con las funciones no formadoras de imágenes. La respuesta de la pupila depende exclusivamente de los fotorreceptores de bastones, mientras que los conos son incapaces de controlar este comportamiento. Mientras tanto, tanto la regulación del ritmo circadiano como el reflejo pupilar sólo utilizan vías de células bipolares ON, dependiendo de las células bipolares de los bastones y de las células bipolares de los conos ON, pero no de las células bipolares de los cono OFF.
“Nos sorprendió mucho descubrir que los animales que sólo tienen células bipolares OFF no pueden ajustarse a los cambios en el ciclo día/noche, pero siguen viendo y respondiendo a los eventos visuales, lo que significa que tienen una visión funcional formadora de imágenes. Nos resultó muy interesante que las funciones de formación de imágenes no ignoraran por completo la información de la vía OFF. Asimismo, nos sorprendió igualmente que los fotorreceptores de los bastones, que están optimizados para condiciones de poca luz, se siguieran utilizando para la respuesta pupilar incluso cuando los niveles de luz eran altos. Realmente pensábamos que los bastones estarían al máximo en ese momento”, detalla Pahlberg.
Los investigadores esperan que muchos de estos hallazgos en ratones sean válidos para los humanos, ya que los circuitos de la retina son similares en todos los mamíferos. En el futuro, el equipo de Pahlberg tiene la intención de explorar otras funciones de la retina no relacionadas con la formación de imágenes, como la regulación del estado de ánimo, y ver de qué otra manera se utilizan estos diferentes circuitos de la retina.
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