A cognitive representation in primary visual cortex modulated by vision
Este estudio demuestra que en ratas que navegan en la oscuridad, una parte significativa de las neuronas de la corteza visual primaria (V1) codifica mapas cognitivos de movimiento invariantes al trayecto en lugar de entradas visuales, siendo la visión posteriormente un modulador en lugar de un reemplazo de esta representación interna.
Artículo original bajo licencia CC BY 4.0 (https://creativecommons.org/licenses/by/4.0/). Esta es una explicación generada por IA de un preprint que no ha sido revisado por pares. No es consejo médico. No tome decisiones de salud basándose en este contenido. Leer descargo de responsabilidad completo
Durante décadas, la historia estándar de cómo vemos ha sido una carrera de relevos directa. La luz golpea el ojo, viaja hacia la parte posterior del cerebro y desencadena una reacción en cadena en la corteza visual primaria, una región conocida como V1. En esta visión clásica, V1 es una pantalla pasiva, un proyector biológico que simplemente muestra lo que los ojos están mirando. Si los ojos ven un árbol, V1 se ilumina con la forma de un árbol; si los ojos ven una pared, V1 muestra una pared. Se pensaba que el trabajo del cerebro consistía principalmente en reaccionar al mundo exterior, con los pensamientos internos o los recuerdos desempeñando solo un papel secundario y de fondo. Pero este esquema simple deja fuera una parte crucial de cómo los animales, incluidos los humanos, navegan realmente sus vidas. No solo reaccionamos a lo que tenemos delante; constantemente ejecutamos una simulación mental de dónde estamos, dónde hemos estado y hacia dónde vamos. La pregunta que durante mucho tiempo ha desconcertado a los científicos es si este mapa interno existe solo en los centros profundos de la memoria del cerebro, o si la primera etapa de la visión también está involucrada en la ejecución de ese mapa.
Un equipo de investigadores de la Universidad de California, San Francisco, y la Universidad de Rochester decidió probar esta idea observando los cerebros de ratas mientras navegaban por un laberinto. Se centraron en la corteza visual primaria, la parte del cerebro que normalmente solo procesa lo que ven los ojos. Para ver qué sucede cuando los ojos no tienen nada que ver, entrenaron a las ratas para que recorrieran una ruta específica en total oscuridad. Las ratas tenían que aprender un laberinto en forma de W, moviéndose desde un punto de partida central hacia uno de dos brazos exteriores, y luego regresando, alternando sus turnos en cada viaje. Una vez que las ratas dominaron la ruta, los investigadores registraron la actividad de miles de neuronas en la corteza visual mientras los animales recorrían el laberinto en la oscuridad.
Los resultados fueron una sorpresa total para la visión tradicional. A pesar de que las ratas estaban en la oscuridad absoluta y no podían ver absolutamente nada, la gran mayoría de las neuronas de su corteza visual se activaban de una manera altamente organizada. Estas neuronas no estaban simplemente activas de forma aleatoria; estaban rastreando el progreso de la rata a lo largo del camino. A medida que la rata avanzaba, grupos específicos de neuronas se iluminaban en una secuencia que coincidía con la posición del animal. Más sorprendente aún, esta actividad no estaba ligada a una ubicación física específica en la habitación. En cambio, las neuronas respondían a la estructura del camino. Si la rata giraba a la izquierda, un conjunto específico de neuronas se activaba en el mismo punto del giro, ya fuera que la rata estuviera en el lado izquierdo o en el derecho del laberinto. El cerebro había creado una representación mental del trayecto en sí, independiente de cualquier entrada visual.
Los investigadores volvieron a encender las luces para ver cómo interactuaba este mapa interno con la visión real. Colocaron patrones visuales, como puntos o rayas, en las paredes del laberinto. Cuando las ratas recorrían el laberinto con estas luces encendidas, la corteza visual no pasaba simplemente a mostrar los patrones de las paredes. En cambio, el mapa interno del camino seguía siendo la señal dominante. Los estímulos visuales actuaban como un control de volumen, aumentando o disminuyendo la actividad de las neuronas que rastreaban el camino dependiendo de lo que la rata veía, pero no reemplazaban el mapa. El cerebro seguía ejecutando su modelo interno del viaje, y la entrada visual simplemente ajustaba la intensidad de ese modelo. Esto sugiere que, para una gran parte de la corteza visual, la representación interna del mundo es el motor principal de la actividad, y la visión sirve como un modulador en lugar de ser la única fuente de información.
Para confirmar que esta actividad de rastreo de la ruta estaba verdaderamente vinculada a los sistemas de memoria del cerebro, los investigadores también registraron el hipocampo, una región profunda del cerebro famosa por almacenar mapas espaciales y memorias. Buscaron momentos de actividad cerebral intensa llamados ondas agudas (sharp-wave ripples), que ocurren cuando el animal está descansando o quieto y que son conocidos por estar involucrados en la consolidación de la memoria. Encontraron que las neuronas específicas en la corteza visual que rastreaban el camino en la oscuridad estaban estrechamente sincronizadas con el hipocampo durante estas ondas. Esta coordinación sugiere que la corteza visual y el centro de la memoria trabajan juntos como un equipo, compartiendo el mismo modelo interno del mundo incluso cuando el animal no se está moviendo.
Estos hallazgos desafían la creencia largamente sostenida de que la corteza visual es meramente un receptor pasivo de luz. En cambio, el estudio muestra que esta parte del cerebro está construyendo activamente una representación cognitiva del progreso del animal a través de una tarea. La corteza visual no se limita a esperar a que los ojos envíen una imagen; mantiene una simulación continua del trayecto, la cual es luego refinada por lo que los ojos realmente ven. Este descubrimiento implica que nuestra percepción del mundo se construye sobre una base de expectativas internas y recuerdos, con la entrada sensorial desempeñando un papel de apoyo para refinar esa imagen. Cambia nuestra comprensión de cómo funciona el cerebro, sugiriendo que incluso las áreas sensoriales más básicas están profundamente involucradas en la compleja tarea cognitiva de navegar por la vida.
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