El cerebro humano construye representaciones mentales del mundo basándose en las señales y la información que detectan los sentidos. Si bien percibimos los estímulos sensoriales simultáneos como sincronizados, la velocidad de generación y transmisión de cada señal sensorial puede variar considerablemente.
Por Ingrid Fadelli , Phys.org
Investigadores del Instituto de Oftalmología Molecular y Clínica de Basilea (IOB), la Universidad de Basilea y la Escuela Técnica Superior de Oftalmología (ETH) de Zúrich realizaron recientemente un estudio para comprender mejor cómo el sistema visual humano logra esta sincronización, independientemente de la velocidad a la que viajan las señales visuales. Su artículo, publicado en Nature Neuroscience , describe un mecanismo previamente desconocido mediante el cual la retina sincroniza la llegada de diferentes señales visuales.
«Podemos ver porque los fotorreceptores en la retina, en la parte posterior de nuestros ojos, detectan la luz y codifican información sobre el mundo visual en forma de señales eléctricas», dijeron a Medical Xpress Felix Franke y Annalisa Bucci, autor principal y primera autora del artículo, respectivamente.
La retina necesita enviar estas señales a las áreas visuales del cerebro, las cuales recibe de los axones de las células ganglionares de la retina que conectan cada parte del ojo con el cerebro. Sin embargo, nuestra visión no es uniforme en todo el campo visual. Solo en una pequeña zona en el centro de nuestra visión —la fóvea— podemos ver con nitidez, leer y reconocer rostros. Los axones no pueden cruzar la fóvea porque desenfocarían nuestra visión central de alta resolución, por lo que deben desviarse y evitar esa región.
Este estudio reciente se inspiró en una simple observación anatómica: si bien los axones de la retina no pueden atravesar la fóvea (es decir, la pequeña región especializada de la retina que facilita la visión detallada y la detección del color), las señales visuales captadas por diferentes fotorreceptores salen del ojo por vías distintas. Dado que las vías que siguen las señales también varían en longitud, los investigadores intentaron determinar cómo se mantienen sincronizadas, lo que permite una visión fluida del mundo.
«La idea detrás de nuestro estudio era simple, pero las implicaciones se centraban en cómo el cerebro preserva la precisión del tiempo desde las primeras etapas del procesamiento sensorial», dijo Franke. «Nuestro objetivo era descubrir si la retina misma ayuda a coordinar la sincronización de las señales visuales incluso antes de que lleguen al cerebro».
Registro de voltaje promedio de un potencial de acción de una CGR foveal reconstruido a partir de potenciales de acción registrados con diferentes configuraciones de electrodos. Los datos se filtraron por paso de banda y se procesaron para optimizar la visualización. El color codifica el voltaje en cada electrodo (unidad arbitraria). La posición del píxel codifica la posición del electrodo. Línea discontinua: contorno del explante en la superficie HD-MEA. Círculo negro: contorno de la foveola. Crédito: Nature Neuroscience (2025). DOI: 10.1038/s41593-025-02011-3
Para comprender mejor cómo el cerebro sincroniza la información sensorial, Franke, Bucci y sus colegas emplearon diversas técnicas experimentales. Dado que la sincronización de las señales sensoriales es un efecto de red, para estudiarlo, los investigadores deben recopilar mediciones locales precisas de los momentos en que llegan las señales y de la organización global de la red.
«Para conectar estas diferentes escalas —desde mediciones con precisión de microsegundos de señales eléctricas que viajan dentro de axones individuales hasta la reconstrucción del patrón de cableado de los axones a lo largo de todo el ojo humano— nos basamos en donaciones de órganos humanos de los cuales pudimos recuperar globos oculares completos», explicó Franke.
«Un logro importante fue mantener este tejido en una calidad tan alta durante los experimentos, que la retina todavía estaba funcionalmente activa, es decir, las neuronas en la retina de estos ojos todavía estaban enviando señales», dijo Bucci.
En sus experimentos, los investigadores utilizaron matrices de microelectrodos de alta densidad, dispositivos que graban videos de campos eléctricos con una resolución temporal de 20 kHz, para registrar las señales eléctricas que salen de la fóvea de los participantes humanos. Con la misma técnica, también pudieron determinar la velocidad a la que viajaban estas señales, la cual, según se observó, variaba significativamente según la longitud de los axones que las transportaban.
«Dado que la velocidad de los axones puede verse influenciada por su diámetro, utilizamos microscopía electrónica de transmisión —una tecnología que puede medir detalles anatómicos con precisión nanométrica— para estimar el diámetro de los axones en diferentes partes de la retina humana», explicó Bucci.
Mediante técnicas de etiquetado y microscopía de alta resolución, generamos imágenes de las vías axónicas de todo el ojo humano. Posteriormente, construimos un modelo del ojo humano y aplicamos teoría matemática para comprender con precisión el patrón de cableado y la longitud de cada axón.
Igual que el Video Suplementario 1, pero para una CGR diferente de la misma preparación. Crédito: Nature Neuroscience (2025). DOI: 10.1038/s41593-025-02011-3
Al analizar colectivamente todos los datos recopilados, los investigadores pudieron relacionar la longitud de los axones con su grosor y la velocidad a la que transmitían las señales. Esto les permitió descubrir un mecanismo compensatorio que se produce en el ojo humano y que parece contribuir a la sincronización de la información visual.
«Demostramos que los axones más largos son más gruesos y, por lo tanto, transmiten más rápido para compensar su mayor longitud», explicó Franke. «Para determinar si este ajuste anatómico de la velocidad de transmisión es importante para la visión humana —es decir, si tiene consecuencias perceptivas—, empleamos otra tecnología».
La tecnología adicional empleada por los investigadores se conoce como oftalmoscopia láser de barrido con óptica adaptativa (AOSLO). Franke, Bucci y sus colegas colaboraron con un laboratorio dirigido por Wolf Harmening en Bonn, quien posee una amplia experiencia en la aplicación experimental de esta técnica.
«La técnica AOSLO nos permitió obtener imágenes de fotorreceptores individuales en la parte posterior del ojo de participantes sanos», afirmó Franke.
También utilizamos esta técnica para estimular estos fotorreceptores individuales con breves destellos de luz y pedimos a los participantes que presionaran un botón lo más rápido posible tras ver el destello. Demostramos que los tiempos de reacción humanos a la estimulación de un solo fotorreceptor son notablemente uniformes en toda la fóvea, un resultado que solo es posible si las señales de diferentes partes de la fóvea están sincronizadas con precisión.
En general, los hallazgos de este estudio reciente sugieren que la retina humana emplea un mecanismo específico para asegurar que las señales visuales permanezcan sincronizadas incluso antes de salir del ojo. Este hallazgo es particularmente significativo porque los axones de la retina humana carecen de mielina (es decir, carecen de mielinización).
«La mielinización es una capa de grasa que el cerebro envuelve alrededor de los axones, proporcionando aislamiento eléctrico y aumentando enormemente su velocidad de transmisión», explicaron los autores. «Se cree que la mielinización es una de las principales maneras en que el cerebro influye y coordina la velocidad de transmisión axonal. Sin embargo, la mielinización es visualmente opaca (razón por la cual la sustancia blanca del cerebro es blanca) y ofuscaría nuestra visión.
Este descubrimiento tiene dos implicaciones importantes: primero, en todo el sistema nervioso, los axones amielínicos podrían contribuir sustancialmente a la sincronización temporal. Segundo, sugiere que la retina desempeña un papel más activo en el ajuste fino de la precisión temporal de lo que se creía anteriormente.
Los investigadores esperan que sus hallazgos aporten información para nuevos estudios destinados a comprender mejor el nuevo mecanismo descubierto. En el futuro, sus esfuerzos podrían enriquecer la comprensión actual del procesamiento sensorial temprano, además de contribuir al tratamiento de enfermedades o afecciones médicas que afectan el procesamiento visual.
«Nuestro próximo paso es explorar qué sucede cuando este sistema tan preciso falla», dijo Bucci. «Ahora que hemos construido un modelo de la capa de fibras nerviosas de la retina —que muestra cómo la longitud, el grosor y la velocidad de conducción de los axones se ajustan para preservar la sincronización— podemos empezar a preguntarnos cómo la enfermedad podría alterar ese equilibrio».
En el glaucoma, por ejemplo, las células ganglionares de la retina con axones más largos suelen degenerarse primero. Estas células son más vulnerables porque los axones más largos requieren más energía para mantenerse, dependen de un transporte eficiente a larga distancia y están sujetas a una mayor tensión mecánica en la cabeza del nervio óptico, especialmente donde se curvan para salir del ojo.
Como parte de su investigación futura, Franke y Bucci también esperan esclarecer cómo se desarrolla el mecanismo de sincronización que descubrieron o, en otras palabras, cómo la retina «sabe» la velocidad a la que deben viajar las señales individuales. Además, podrían intentar determinar si el sistema nervioso emplea otras estrategias de sincronización similares.
Más información: Annalisa Bucci et al., Sincronización de la percepción visual en la fóvea humana, Nature Neuroscience (2025). DOI: 10.1038/s41593-025-02011-3 .
