Eye Wire

Estándar

La retina tiene un grosor aproximado de 0,5 mm y recubre la parte posterior del ojo. El nervio óptico contiene los axones de las células ganglionares que van hacía el cerebro y, adicionalmente, los vasos sanguíneos entrantes que se abren en la retina para vascularizar las capas y las neuronas de la retina . En el dibujo también podéis ver una sección radial de una parte de la retina que revela que las células ganglionares (las neuronas de salida de la retina) se encuentran más al interior de la retina, más próximas a la lente y la parte frontal del ojo, y los fotosensores (los conos y bastones) se encuentran más externos, contra el epitelio pigmentario y la coroides. La luz debe, por lo tanto, viajar a través del espesor de la retina antes de golpear y activar los conos y bastones. La absorción de los fotones de la luz por parte de los pigmentos de los fotoreceptores se traduce, primero, en un mensaje bioquímico y luego en un mensaje eléctrico que puede estimular todas las neuronas sucesivas de la retina.

Las personas sólo pueden dar sentido a la información visual, una vez que haya sido interpretada por el cerebro, pero parte de esta información es procesada por las neuronas en la retina. Hace 50 años, se descubrió que la retina de los mamíferos era sensible a la dirección y la velocidad de las imágenes en movimiento. Pero no se sabía cómo.

Los fotoreceptores individuales no son sensibles a la dirección de un objeto en movimiento, por lo que el neurocientífico Jinseop Kim, del Instituto de Tecnología de Massachusetts (MIT) en Cambridge, y sus colegas querían comprobar si lo eran otras células de la retina que están conectadas. Los fotoreceptores transmiten sus señales a través de neuronas bipolares y posteriormente esas señales tansitan por un subtipo de células amacrinas llamadas, starburst amacrine cells , que tienen filamentos o dendritas que se extienden en todas las direcciones de manera similar a los rayos de luz de una estrella antes de llegar a las células que forman el nervio óptico, que las retransmite al cerebro.

diagrama simplificado de la retinaPara entender cómo se conectan entre si las células bipolares y las “starbursts”, Kim y sus colegas analizaron imágenes de alta resolución del microscopio electrónico de una retina de ratón con la ayuda de cerca de 2.200 miembros de EyeWire, un juego para mapear el cerebro del Seung Lab (del MIT) que no requeria una formación científica. Los Jugadores trazaron las vías a través de las capas de células para crear un diagrama del “cableado” (conectoma), de alta resolución, de una parte de la retina.

EyeWire Game

Clicando a la imagen podréis acceder al juego y en el siguiente link podréis acceder a tutoriales: Eyewire Tutorials

Todos juntos, científicos y jugadores, han descubierto uno de los mecanismos que explica la capacidad subyacente de un manífero de distingir si algo se está moviendo en una dirección específica (dirección de  selectiva). En total, EyeWirers han reconstruido más de 100 neuronas hasta ahora.

Las células bipolares reciben las aportaciones de los fotorreceptores y, a su vez dan señales a las células amacrinas y células ganglionares. Células amacrinas hacen la red neuronal más compleja mediante la conexión de las diferentes células bipolares, células ganglionares e incluso las propias células amacrinas. Y como ya he comentado antes, son las células ganglionares son las de salida de la retina a través de sus axones, que forman el nervio óptico y que finalmente entra en el cerebro. Pero cada clase tiene muchos tipos, y no se sabe casi nada de las conexiones entre ellos.

Debajo de cada fotorreceptor, hay algunas células bipolares, posiblemente varios tipos, conectadas y recibiendo señales señal de los fotorreceptores. A su vez, las células bipolares están conectadas a las “starbursts” que envían señales. Los diferentes tipos de células bipolares envían señales de diferentes maneras.

Rojo: dentritas (ramificaciones) de las neut¡ronas Starburst;: Azul y verde: Células bipolares

Rojo: dentritas (ramificaciones) de las neuronas Starburst; Azul y verde: Células bipolares

LAS “STARBURSTS”

Las “Starbursts” son un subtipo de neuronas amacrinas que no tienen axón (amacrina significa “sin axón” en griego y en principio se pensaba que estas neuronas (las amacrinas) no tenían axón pero se ha visto que hay algunas que sí). No hay distinción entre las ramas de entrada y las de salida y las señales pueden ser recibidas y enviadas en una misma rama. Su mecanismo de trabajo es diferente de las neuronas de los libros de texto que propagan las señales cuando la suma de las entradas es lo suficientemente grande en un momento dado. Es como una señal digital que representan valores dicretos. En Cambio las neuronas “Starbursts” , de hecho todas las neuronas amacrinas, propagan las señales como las analógicas: varaciones continuas. Su producció puede ser fuerte o débil y la fuerza depenende de la suma de los inputs (entradas). Combinando, una rama starburst envía la señal hacía delante de acuerdo a la cantidad de señales de entrada recibe.

Cada rama individual de las neuronas starbursts trabaja como una unidad independiente (dirección selectiva). Una rama de Starburst propaga una señal más fuerte cuando un estimulo visual está en movimiento a lo largo de la rama de starburst alejándose del cuerpo celular de la neurona que cuando está en movimiento hacia él.

Una rama de una neurona starburst propaga una señal más fuerte a las neuronas post-sinápticas cuando un estímulo visual se está alejando del cuerpo celular

Una rama de una neurona starburst propaga una señal más fuerte a las neuronas post-sinápticas cuando un estímulo visual se está alejando del cuerpo celular

Los estimulos en movimiento activan secuencialmente los fotoreceptores que propagan las señales hasta las bipolares y luego a las starbursts. Es decir que las neuronas starbursts reciben señales iniciadas por una secuencia de fotoreceptores en orden. Pero solo cuando el orden es en dirección alejándose del cuerpo celular, las ramas de starburst envian señales claras a sus neuronas postsinápticas.

Se analizaron 80 neuronas starbursts (29 de las cuales fueron analizadas por los jugadores de EyeWire) y neuronas bipolares potenciales para hacer conexiones con las starbursts. En el análisis se encontró que las diferentes células bipolares forman sinapsis en diferentes lugares de la células starbursts.

Las células bipolares de tipo 2 (violeta) tienden a hacer sinapsis cerca del cuerpo celular de la neurona starburst. En cambio, las de tipo 3a (Rosa) forman sinapsis más lejos. Imagen de Rachel Prentki.

Se sabe, por otro grupo de investigación, que las células bipolares de tipo 2 se caracterizan por un retardo (células lentas). Una señal tarda más tiempo en cruzar a través de estas células que las del tipo 3a (células rápidas). Debido a esto cuando las señales golpean dos lugares próximos en la retina en dos tiempos ligeramente diferentes – como sucedería cuando un objeto está en movimiento – podrían alcanzar la misma rama de célula starburst, al mismo tiempo. Esto podría explicar cómo la retina puede detectar el movimiento ya que la entrada combinada de estas dos células bipolares se traduce en la suma constructiva sobre la célula Starburst.

Fuentes:

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