Así encienden los ojos la «visión nocturna»

Para ver bajo la luz de las estrellas y la luz de la luna, la retina del ojo cambia tanto el software como el hardware de sus células sensibles a la luz para crear una especie de visión nocturna. Los circuitos de la retina que se pensaba que eran invariables y que estaban programados para tareas específicas son adaptables a diferentes condiciones de luz, dicen científicos de la Universidad de Duke, en Durham, Carolina del Norte, Estados Unidos, que identificaron cómo la retina se reprograma a sí misma para ver bajo luz escasa.

«Para ver bajo la luz de las estrellas, la biología ha tenido que llegar al límite de ver una partícula elemental del universo, un solo fotón», explica el profesor asistente de Neurobiología e Ingeniería Biomédica en la Universidad de Duke Greg Field. «Es notable cuántos fotones hay por la noche», agrega este investigador, cuyos hallazgos se detallan en la edición digital de ‘Neuron’, mostrando que la reprogramación ocurre en las células de la retina que son sensibles al movimiento.

Incluso con la mejor iluminación, identificar la presencia y la dirección de un objeto en movimiento es clave para la supervivencia de la mayoría de los animales; pero detectar el movimiento con un único punto de referencia no funciona muy bien. Entonces, las retinas de los vertebrados tienen cuatro tipos de células sensibles al movimiento, cada una específicamente sensible a un movimiento que está arriba, abajo, derecha o izquierda.

Cuando un objeto se mueve precisamente en una de esas direcciones, esa población de neuronas se activará con fuerza, dice Field. Sin embargo, si el movimiento está a medio camino entre arriba y a la izquierda, ambas poblaciones de células se encenderán, pero no de manera tan fuerte. El cerebro interpreta ese tipo de señal como movimiento que va hacia arriba y hacia la izquierda.

«Para tareas complejas, el cerebro usa grandes poblaciones de neuronas, porque solo hay una neurona que puede lograrlo», dice Field. En los humanos, estas neuronas direccionales representan aproximadamente el 4 por ciento de las células que envían señales desde la retina al cerebro. En roedores, es más del 20 al 30 por ciento, apunta Field.

En un estudio con retinas de ratón conducidas bajo un microscopio equipado con piezas de visión nocturna en una habitación muy oscura, el estudiante graduado Xiaoyang Yao en el laboratorio de Field descubrió que las células retinianas sensibles al movimiento ascendente cambian su comportamiento con poca luz. Las neuronas «ascendentes» se dispararán al detectar cualquier tipo de movimiento, no solo hacia arriba.

Se colocó una pequeña muestra de retina de ratón en una matriz de electrodos que puede medir el disparo individual de cientos de neuronas a la vez y luego le mostramos movimientos, explica Field. «La idea de Xiaoyang era ir a ver qué hacen estas células día y noche --dice--. Notó una diferencia y se preguntó por qué».

Cuando hay mucha menos luz disponible, una señal débil de movimiento de las neuronas «arriba», junto con una señal débil de cualquiera de las otras células direccionales, puede ayudar al movimiento sensorial del cerebro, similar a la forma en que interpreta dos señales direccionales como un movimiento que es algo intermedio.

La pérdida de la percepción del movimiento es una queja común en pacientes humanos con pérdida severa de la visión. Field dice que este hallazgo sobre la adaptabilidad de las neuronas de la retina podría ayudar al diseño de prótesis retinianas implantables en el futuro.

«Muchos animales optan por alimentarse por la noche, presumiblemente porque es más difícil para los depredadores verles --afirma Field--. Pero, por supuesto, la naturaleza es una carrera armamentista. Los búhos y los gatos han desarrollado ojos altamente especializados para ver de noche. La presa ha alterado lo que tienen para sobrevivir».

Por razones que todavía no están claras, son solo las células «ascendentes» las que se convierten en generalistas de movimiento con poca luz. Field sospecha que arriba es la dirección más importante para que un animal de presa detecte a un depredador que se alza hacia arriba a medida que se acerca a su presa, pero aún no tiene esa información.

Lo que es importante por ahora es que el ojo y el cerebro alteran su cálculo del movimiento en condiciones de poca luz. «Hemos aprendido que grandes poblaciones de neuronas retinianas pueden adaptar su función para compensar las diferentes afecciones», afirma Field.

La retina consta de muchos circuitos que funcionan en paralelo, según Jeffrey Diamond, investigador principal del Instituto Nacional de Trastornos Neurológicos y Accidentes Cerebrovasculares estadounidense, que también estudia el procesamiento visual en la retina. «Estamos aprendiendo que estos circuitos están haciendo cosas diferentes en distintos momentos del día», señala Diamond, quien no participó en el trabajo de Field. Ahora que Field ha encontrado que esta adaptación a la baja luz es impulsada por los cambios tanto en el circuito como en las señales químicas entre las células, se plantea la cuestión de cuántas otras adaptaciones se van a encontrar, añade Diamond. «Hay 50 tipos de células amacrinas, los gabinetes farmacológicos de la retina, y la mayoría de ellos probablemente liberan múltiples neurotransmisores que pueden influir en el circuito retinal --detalla Diamond--. Solo sabemos algo sobre el 20 por ciento de esas células».