Diario de una neurona (cortical)

Previusly on The Gray Matters hablamos de lo poco que sabemos sobre el lenguaje que utilizan las neuronas para comunicarse. Hablamos de sus dendritas y su axón, que son las partes que se encargan de recibir y transmitir la información, respectivamente. Hablamos de sus potenciales de acción, que son el ladrillo con el cual construyen todo su vocabulario. Y hablamos de cómo, aún conociendo bastante bien la forma y el funcionamiento de este potencial de acción, seguimos sin entender a la mayoría de las neuronas. Porque una cosa es conocer las letras y los fonemas de un idioma y otra cosa es comprenderlo.
Había además un pequeño detalle que lo complicaba todo mucho más. Dos neuronas podrían estar utilizando exactamente la misma secuencia de potenciales de acción para decir exactamente lo contrario.
Por lo tanto, sólo nos quedaba admitir nuestra ignorancia y seguir estudiando y ensayando y errando hasta dar con alguna clave. Porque siempre hay una clave, nada funciona porque sí.
Eso mismo debían de repetirse una y otra vez Hubel y Wiesel antes de realizar el descubrimiento que les dio el premio nobel. Hoy os contaremos la historia de cómo llegaron a tal descubrimiento, porque supone un gran ejemplo de perseverancia y porque, una vez asumida nuestra ignorancia, es bueno saber como combatirla. Ahí van unas pequeñas directrices:

A finales de los años 50, David Hubel y Torsten Wiesel comenzaron a trabajar en el laboratorio de Stephen Kuffler, en la Universidad Johns Hopkins en un proyecto que giraba entorno a la corteza visual primaria del gato. No fue algo que planearan demasiado, de hecho, Hubel no pensaba trabajar en el sistema visual, ni siquiera pensaba trabajar en el laboratorio de Kuffler. Es más, ni siquiera el propio Kuffler estaba realmente interesado en el sistema visual.
Pero pasó que el que iba a ser jefe de Hubel, Vernon Mountcastle, estaba renovando su laboratorio, proceso que llevaría en el mejor de los casos unos pocos meses, pasó que Kuffler (en realidad interesado en estudiar la sinapsis neuromuscular) sentía que debía justificar su plaza en el instituto Wilmer de oftalmología estudiando algo relacionado con la visión, y pasó que, en realidad, sólo Torsten en el laboratorio de Kuffler tenía el más mínimo interés en el sistema visual.
Así que Mountcastle le dijo a Hubel que se pusiese a trabajar con Kuffler por unos meses y Kuffler le dijo a Hubel que se pusiese a trabajar con Torsten por unos meses y Hubel se puso a trabajar con Torsten por unos 25 años.

Y no les fue mal. Tenían por delante bastante trabajo, ya que sólo se conocía grosso modo el funcionamiento de las células ganglionares de la retina (gracias, entre otros, al propio Kuffler), que parecían estar diseñadas para detectar bordes en la escena visual que tuviesen cualquier orientación. El resto del sistema visual era un ente desconocido que parecía cruzar desde las retinas hasta la parte occipital del cerebro (la parte de atrás). Lo que pasaba allí con la información visual y a dónde se dirigía ésta después era una especie de terra incognita que habitualmente se rellenaba, como si de un mapa medieval se tratase, con teorías peregrinas para evitar una especie de horror vacui neuronal.

Esta era la gran pregunta para los neurocientíficos que estudiaban esta parte del cerebro hacia el final de la década de los 50: ¿qué pasa con las neuronas de la corteza visual primaria (V1)? Porque ya no respondían a cualquier borde, de hecho, parecían no responder a nada “visual” en concreto… Disparaban potenciales de acción de forma esporádica y, en apariencia, sin prestarle la más mínima atención a la información que llegaba de la retina. Y esa fue también la gran obsesión de Torsten Wiesel y David Hubel que, sin más ayuda que un proyector de diapositivas, una pantalla sobre la que proyectarlas y una buena dosis de tozudez, realizaban experimentos de más de 20 horas durante los cuales el único objetivo era encontrar el estímulo preferido de las neuronas de la corteza visual primaria del gato.

Como explicamos en la entrada anterior, este tipo de experimentos consiste en medir el potencial de membrana de una neurona para saber cuándo dispara potenciales de acción y cuándo no. Así, en el momento en el que demos con el estímulo que activa a nuestra neurona, lo sabremos.

El problema (para ellos) es que no eran los únicos que tenían entre ceja y ceja esta incógnita. A pesar de que por aquel entonces la mayoría de los neurocientíficos trabajaba en el sistema somatosensorial (el del tacto), no faltaban grupos que estudiasen la corteza visual. Unos lo hacían con métodos más artesanales, como es el caso de Torsten y David y su proyector de diapositivas, y otros habían decidido aprovecharse de los últimos avances en informática y utilizaban sofisticados ordenadores para crear sofisticados estímulos. Entre estos últimos, el laboratorio de Otto Creutzfeldt era el que más posibilidades parecía tener de solucionar el acertijo. Me temo que muchos de nosotros habríamos apostado por ellos en esta carrera si hubiésemos visto sus medios y los que utilizaban los dos jóvenes investigadores. De hecho, tenemos una foto de tres de los cientos de diapositivas que estos últimos utilizaban gracias a que uno de nosotros trabajó con Torsten Wiesel como posdoctoral en Nueva York durante 5 años… (no fui yo). Aquí están:

Por lo tanto, como digo, la presión por dar con la clave era grande. Los experimentos de más de 15-20 horas y las noches sin dormir eran frecuentes en todos los grupos competidores. Hasta que llegó el día en el que Hubel y Wiesel tuvieron la suerte que suele acompañar a todos los grandes descubrimientos. En uno de esos interminables experimentos, pasadas ya 9 horas registrando LA MISMA NEURONA, una de las diapositivas se rompió o estaba ya rota o la rompieron o siempre fue así, dejando una rendija que proyectaba una barra luminosa sobre el fondo oscuro de la pantalla… y ese pequeño defecto fue la clave. Y en el momento en que uno de ellos retiró la diapositiva para cambiarla por otra, la neurona respondió como nunca antes lo había hecho…

No sé la cara que pusieron los dos investigadores, que acababan de descubrir la selectividad a la orientación de las neuronas de V1 (lo que, a la postre supondría, entre otras muchas cosas que descubrieron a lo largo de esos intensos 25 años, que les concedieran el premio nobel). Pero imaginaros que estáis probando durante 9 horas LA MISMA NEURONA (espero que las mayúsculas os ayuden a daros cuenta de la paciencia que hay que tener) todo tipo de estímulos y todo tipo de hipótesis, y de pronto, cuando no estáis buscando nada, cuando estáis pensando si probar otro estímulo o iros a dormir, descubrís esto:

Lo que se puede oir en el vídeo son los potenciales de acción de la neurona que estaban registrando en ese momento, y, como veis, cuando el la barra está en la orientación adeacuada en el sitio adecuado, se oyen muchos más: la neurona está respondiendo al estímulo.

Y en realidad, todo fue cuestión de suerte. Porque, que la pequeña rendija que tenía la diapositiva dejara pasar la luz exactamente en la orientación a la que respondía la neurona, era mucha, mucha suerte.
O, como los propios Torsten y David dicen, era mucha, mucha perseverancia. Y creo que tienen razón, creo que esta historia es un gran ejemplo de perseverancia, optimismo y fuerza de voluntad, gracias a los cuales pudimos comprender, más o menos, qué era lo que querían decir las células de V1 cuando disparaban potenciales de acción. Y gracias a los cuales, también, empezamos a darnos cuenta de la forma en la que el sistema visual descomponía la imagen y la volvía a componer, desde el análisis píxel a píxel de los fotorreceptores, hasta el análisis de las figuras en V1, pasando por la detección de bordes de las células ganglionares de la retina. Es lo que llamamos ‘procesamiento jerárquico’, y ya hemos hablado de ello en alguna otra entrada.

Así que, gracias a este descubrimiento conocimos el ‘idioma’ de las neuronas de la corteza visual primaria. “Uno menos que estudiar” diréis. Pero todavía existe mucha gente que estudia estas células (nosotros, por ejemplo). ¿Y por qué? Pues porque una vez conoces sus respuestas individuales, lo más lógico es que te preguntes cómo hacen (ellas o quien sea) para combinar dichas respuestas y llegar a construir lo que finalmente percibimos… Y eso nadie lo sabe. Todavía…

Así que, en realidad (y otra vez), no sabemos nada.

Luis M. Martínez Otero y Manuel Molano Mazón

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