¿Cómo convierte el cerebro las ondas de luz en experiencias de color?
Un estudio realizado en la mosca de la fruta revela la existencia de circuitos de células cerebrales que podrían ser la base de cómo vemos las longitudes de onda de la luz como matices ricos en información.
Por la Universidad de Colimbia
Los investigadores han descubierto circuitos en el cerebro de las moscas de la fruta que les permiten percibir el color. Cortesía: Columbia's Zuckerman Institute
Percibir algo —lo que sea— en el entorno es ser consciente de lo que detectan los sentidos. Neurocientíficos de la Universidad de Columbia, en Estados Unidos, han identificado, por primera vez, un circuito de células cerebrales en la mosca de la fruta (Drosophila melanogaster) que convierte las señales sensoriales en estado bruto en percepciones del color que pueden guiar el comportamiento del insecto. Los pormenores de este interesasnter hallazgo aparecen publicados en la revista Nature Neuroscience.
“Muchos de nosotros damos por sentado la riqueza de colores que vemos cada día: el rojo de una fresa madura o el marrón intenso de los ojos de un niño. Pero esos colores no existen fuera de nuestro cerebro", afirma Rudy Behnia, investigadora del Instituto Zuckerman de la Universidad de Columbia, en Estados Unidos, y autora del artículo.
Más bien, explica Behnia, los colores son percepciones que construye el cerebro cuando da sentido a las longitudes de onda más largas y más cortas de la luz que detectan los ojos.
El enigma de la percepción del color.
“Convertir las señales sensoriales en percepciones sobre el mundo es la forma en que el cerebro ayuda a los organismos a sobrevivir y prosperar— comenta Behnia. Y añade—: Preguntar cómo percibimos el mundo parece un interrogante sencillo, pero responderlo es un desafío. Mi esperanza es que nuestros esfuerzos por descubrir los principios neuronales que subyacen a la percepción del color nos ayuden a comprender mejor cómo extraen los cerebros las características del entorno que son importantes para salir adelante cada día”.
En su nuevo artículo, el equipo de investigación informa haber descubierto redes específicas de neuronas —un tipo de células cerebrales—, en moscas de la fruta que responden selectivamente a varios tonos. El tono denota los colores percibidos asociados con longitudes de onda específicas o combinaciones de longitudes de onda de luz, que en sí mismas no son inherentemente coloridas. Estas neuronas selectivas del grado de coloración se encuentran dentro del lóbulo óptico, el área del cerebro responsable de la visión.
Un circuito de células cerebrales en la mosca de la fruta (Drosophila melanogaster) que convierte las señales sensoriales en estado bruto en percepciones del color. Cortesía: Sanjay Acharya
Entre los tonos a los que responden estas neuronas se encuentran los que las personas percibirían como violeta y otros que corresponden a longitudes de onda ultravioleta (no detectables por los humanos). Detectar tonos ultravioleta es importante para la supervivencia de algunas criaturas, como las abejas y quizá las moscas de la fruta; muchas plantas, por ejemplo, poseen patrones ultravioleta que pueden ayudar a guiar a los insectos hacia el polen.
Científicos habían informado previamente sobre el hallazgo de neuronas en el cerebro de los animales que responden selectivamente a diferentes colores o tonos, digamos, rojo o verde. Pero nadie había podido rastrear los mecanismos neuronales que hacen posible esta selectividad de tonos.
“Aquí es donde la reciente disponibilidad de un conectoma del cerebro de una mosca ha resultado útil. Este mapa detallado explica cómo unas 130,000 neuronas y 50 millones de sinapsis en el cerebro del tamaño de una semilla de amapola de una mosca de la fruta están interconectadas— explica Behnia.
Circuitos neuronales convertidos en modelos matemáticos.
Con el conectoma como referencia —al igual que la imagen de la caja de puzle sirve de guía para saber cómo encajar mil piezas—, los investigadores utilizaron sus observaciones de las células cerebrales para desarrollar un diagrama que sospechaban que representaba los circuitos neuronales que subyacen a la selectividad de las tonalidades de color.
A continuación, los científicos representaron estos circuitos como modelos matemáticos para simular y sondear las actividades y capacidades de los circuitos.
“Los modelos matemáticos son herramientas que nos permiten comprender mejor algo tan complicado y complejo como todas estas células cerebrales y sus interconexiones— dice Matthias Christenson, coautor del artículo y antiguo miembro del laboratorio de Behnia. Y añade—: Con los modelos, podemos trabajar para dar sentido a toda esta complejidad”.
Tras las pistas neurológicas del color, el sonido y el gusto.
La modelización no solo reveló que estos circuitos pueden albergar la actividad necesaria para la selectividad tonal, sino que también señaló un tipo de interconectividad entre célula y célula, conocida como recurrencia, sin la cual la selectividad tonal no puede producirse.
En un circuito neuronal con recurrencia, las salidas del circuito vuelven a convertirse en entradas. Álvaro Sanz-Diez, investigador postdoctoral en el laboratorio del Dr. Behnia y otro de los primeros autores del artículo de Nature Neuroscience, afirma que esto sugiere otro experimento.
"Cuando utilizamos una técnica genética para alterar parte de esta conectividad recurrente en el cerebro de las moscas de la fruta, las neuronas que previamente mostraban actividad selectiva de tono perdieron esa propiedad— comenta Dr. Sanz-Diez. Y continúa—: Esto reforzó nuestra confianza en que realmente habíamos descubierto los circuitos cerebrales involucrados en la percepción del color.
En palabras de Behnia, “ahora sabemos un poco más sobre cómo el cableado del cerebro hace posible construir una representación perceptual del color". Y concluye: "Mi esperanza es que nuestros nuevos hallazgos puedan ayudar a explicar cómo el cerebro produce todo tipo de percepciones, entre ellas el color, el sonido y el gusto".
Información facilitada por la Universidad de Columbia -Adaptación: Enrique Coperías / Rexmolón Producciones
Fuente: Christenson, M.P., Sanz Diez, A., Heath, S.L. et al. Hue selectivity from recurrent circuitry in Drosophila. Nature Neuroscience (2024). DOI: https://doi.org/10.1038/s41593-024-01640-4
