Científicos de Columbia University han identificado un circuito cerebral que permite a las moscas de la fruta ver en color, y descubierto que tiene un parecido sorprendente con su homólogo en humanos. Estos hallazgos facilitan nuestra comprensión del proceso fundamental que posibilita que las ondas de luz sean transmitidas del ojo al cerebro. Esta investigación sobre la visión del color no sólo impulsará nuevas investigaciones sobre cómo funciona la visión en color en moscas y humanos, sino también sobre el desarrollo de algoritmos que permitan a los ordenadores ver en color. Este estudio ha sido publicado hoy en la revista Current Biology.
«El cerebro puede reconocer sobre el millón de colores diferentes, un poder asombroso que apenas empezamos a comprender”, comenta la doctora en Medicina Rudy Behnia, investigadora principal del Mortimer B. Zuckerman Mind Brain Behavior Institute de Columbia, y autor senior del artículo que describe este estudio. «Con este estudio, identificamos un circuito de células nerviosas que actúan como un sintetizador de color para el cerebro de la mosca. Este descubrimiento es tan emocionante porque un sistema similar parece estar presente en el cerebro humano. A medida que profundizamos más en el cerebro de la mosca de la fruta, descubrimos más sobre nuestra propia habilidad para ver y procesar el color«.
En moscas y humanos la visión en color comienza con el ojo, que contiene células nerviosas especializadas llamadas fotorreceptores. Estas células sensitivas al color recubren la retina en la parte posterior del ojo. La mayor parte de la gente (excepto, por ejemplo, los ciegos al color) tienen tres tipos de fotorreceptores para la visión en color. Las moscas de la fruta tienen cuatro tipos. En todos los animales, cada tipo de fotorreceptor es sensible a un rango particular de longitud de onda de la luz. La luz, al llegar a estos fotorreceptores, desencadena una serie de señales eléctricas que son enviadas al cerebro.
«Sabemos que el cerebro compara estas señales eléctricas de los diferentes fotorreceptores y las traduce en color, pero la forma precisa en que lo hace se ha mantenido elusiva para los científicos”, comenta la doctora Behnia, que es también profesora asistente de Neurociencia en el Vagelos College of Physicians and Surgeons de Columbia. «Gracias a recientes avances en tecnología molecular y de la imagen, ahora podemos ver células nerviosas a través de diferentes áreas del cerebro de la mosca con exquisito detalle”.
El pequeño tamaño y simplicidad relativa del cerebro de la mosca de la fruta la convierten en el organismo ideal para investigar la visión en color. La organización y estructura de su cerebro están bien documentadas, gracias a iniciativas como Fly Connectome Project, del Janelia Research Campus, que ha cartografiado la localización y las conexiones de cada célula del cerebro de la mosca de la fruta.
Para este estudio Sarah Heath, candidata predoctoral del laboratorio de Behnia y coautora del artículo, registró la actividad de los fotorreceptores de la mosca de la fruta uno a uno, mientras la mosca miraba a distintas fuentes de luz LED de color. Cada fotorreceptor tiene ramificaciones largas, llamadas axones, que se extienden hacia el lóbulo óptico de la mosca, el área del cerebro responsable de la visión. Estos axones se comunican entre sí, enviando información de ida y vuelta sobre las señales que transmiten. Mientras los investigadores rastreaban el camino de cada señal, descubrieron que estos caminos conducían a un tipo de célula nerviosa llamada Dm9.
«Creemos que la célula Dm9 sirve como sintetizador, un lugar en el que cada señal de fotorreceptor es comparada con las demás”, afirma la doctora Behnia. Esta comparación es importante. Décadas de experimentos han mostrado que las señales de un solo fotorreceptor no es suficiente para que el cerebro identifique un color. Esta es la razón por la que las personas que no tienen uno o más tipos de fotorreceptores tienen distintos grados de ceguera al color.
«Cada señal de los fotorreceptores debe ser comparada y analizada cuantitativamente por el cerebro para identificar el color correcto«, continúa la doctora Behnia. «Y nuestro trabajo ha demostrado que Dm9, de hecho, puede cumplir ese papel«.
Utilizando estos datos recién recopilados, así como los derivados del Proyecto Fly Connectome, Matthias Christenson, coautor del presente artículo y candidato predoctoral en el laboratorio de Behnia, desarrolló un modelo computacional del circuito de color de la mosca. Este modelo podría ayudar a los científicos a predecir cómo se comportan las moscas en respuesta a diferentes colores, llenando los muchas lagunas en nuestra comprensión del sistema visual.
Christenson espera que una mejor comprensión de cómo el cerebro percibe el color también podría conducir a nuevas tecnologías informáticas para las personas con discapacidad visual. «Los sistemas existentes luchan por resolver la panoplia de matices que experimentamos todos los días«, comenta. «A medida que continuamos descubriendo los mecanismos detrás del procesamiento del color, podemos prever algoritmos de visión que mejoren la forma en que los ordenadores reconocen los diferentes colores«.
Esta investigación también reveló una conexión inesperada con las personas. Por ejemplo, el equipo descubrió que los fotorreceptores en la mosca se comportan de manera similar a los humanos. «Las células Dm9 tienen un parecido sorprendente en estructura, organización y función con las células nerviosas del sistema visual humano, llamadas células horizontales«, afirma Heath. «Esta semejanza podría ser el resultado de una evolución convergente, un fenómeno en el que dos especies evolutivas distintas, en este caso, las moscas y las personas, desarrollan la misma solución a un problema común«.
«Cuanto más aprendemos acerca de cómo las moscas experimentan el mundo que las rodea, más nos encontramos a nosotros mismos«, concluye Behnia. «Esto hace que la mosca sea increíblemente informativa para responder algunas de las preguntas más antiguas de la biología«.
Fuente: Columbia University.
