Santiago Ramón y Cajal predijo con acierto el flujo de información visual en las neuronas de las moscas

Santiago Ramón y Cajal comparó las neuronas del sistema visual de la mosca (dibujo izquierdo) con las de un vertebrado (dibujo derecho) y se imaginó cómo podría evolucionar el primero hacia el segundo (dibujo central). Gracias a ello descubrió el flujo correcto de información visual en las moscas (dibujo izquierdo), desde los fotorreceptores, pasando por las células monopolares, hasta las neuronas. Un nuevo estudio publicado en Nature ha demostrado que las flechas de estos dibujos (izquierda y centro) son correctas. La gran intuición del genial español logró lo que en su época se podía considerar como un hito científico de primera magnitud, que ha requerido casi un siglo para ser confirmado de forma definitiva. Nos lo cuenta Chi -Hon Lee, “Neuroscience: The split view of motion,” News & Views, Nature 468: 178–179, 11 November 2010, que se hace del artículo técnico de Maximilian Joesch, Bettina Schnell, Shamprasad Varija Raghu, Dierk F. Reiff, Alexander Borst, “ON and OFF pathways in Drosophila motion vision,” Nature 468: 300–304, 11 November 2010.

La verificación definitiva de las ideas de Ramón y Cajal ha requerido el uso de técnicas de ingeniería genética para manipular y visualizar la actividad de neuronas específicas. Entre los fotorreceptores de la retina y las primeras neuronas del sistema visual se encuentran células monopolares de cinco tipos, L1-L5 (en la mosca Drosophila melanogaster). Cada tipo de célula es un canal independiente de información visual hacia las neuronas. Para la detección temprana del movimiento se utilizan los canales L1 y L2. Joesch et al. han registrado la actividad eléctrica de las neuronas sensibles al movimiento cuando se desactiva o se permite la actividad de las células monopolares de ambos tipos, demostrando que son necesarios ambos canales independientes. El bloqueo de las células L1 elimina la respuesta ante bordes brillantes en movimiento (canal ON), mientras que el bloqueo de las células L2 suprime la respuesta ante el movimiento de bordes oscuros (canal OFF). De forma similar a como la información de los fotorreceptores en los vertebrados se separa en dos canales bipolares separados (ON y OFF), en la mosca las señales de los fotorreceptores se segregan en dos canales ON-L1 y OFF-L2.

¿Por qué la señal de los fotorreceptores se divide en dos canales (ON y OFF) antes de excitar a las neuronas? Se cree que este mecanismo de codificación responde a un compromiso entre coste energético y cantidad de información transmitida. Con un solo canal, requeriría mucha energía amplificar las señales del movimiento de bordes oscuros (OFF) para que fueran discernibles en igual medida que las de los bordes brillantes (ON); sin dos canales separados podría perderse información. Joesch et al. creen que sus resultados confirman el modelo de Reichardt-Hassenstein (desarrollado en los 1950 para explicar el comportamiento de ciertos escarabajos, Chlorophanus). Según este modelo la respuesta de las neuronas al movimiento se obtiene a partir de cambios locales en la luminancia. La señal de un fotorreceptor se retrasa y se compara, mediante una multiplicación, con la señal instantánea de un fotorreceptor vecino. El problema del modelo es que multiplicar dos señales negativas debe generar una señal positiva. Joesch et al. ofrecen una solución a este problema, ya que la separación de las señales de los fotorreceptores en los canales ON y OFF, cada uno con componentes positivas y el otro con negativas, respectivamente, permite multiplicar las señales con su signo correcto. Los ingenieros eléctricos ya utilizan una técnica similar para implementar un multiplicador (desarrollada por Gilbert en los 1960).

4 Comentarios

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emulenewsemulenews

Gustavo, las flechas … el camino de la información … no los orgánulos que se ven al microscopio … lo que no se ve … pero se imagina.

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