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Publicado: 2014-03-31

Investigaci贸n USM estudia el viaje de las im谩genes en movimiento hacia el cerebro

C贸mo se construye la percepci贸n del mundo a trav茅s de las im谩genes y c贸mo la corteza visual recrea el movimiento son parte de los aspectos en que se centra este estudio que llevan a cabo acad茅micos de la Universidad Santa Mar铆a. Un nuevo proyecto Fondecyt adjudicado permitir谩 continuar la investigaci贸n. Nota elaborada por el Departamento de Comunicaciones de la USM. Publicado el d铆a 28 de mazo de 2014.

“Toda la información visual entra por el ojo, va a la retina, ésta convierte esa imagen en impulsos eléctricos que viajan por el nervio óptico hasta el tálamo y de ahí se proyecta a la corteza visual”, un proceso que parece fácil de describir pero que supone una serie de aristas que aún están por descubrirse y que motivan el trabajo de investigadores como la Dra. María José Escobar, profesora del Departamento de Electrónica de la Universidad Santa María.

Ingeniero Civil Electrónico, con un Doctorado en Procesamiento de Imágenes y Señales, fue orientando su investigación a un área que le entusiasma y desafía a plantearse nuevas preguntas: la Neurociencia. Se enfocó particularmente en la información del movimiento visual y comenzó a desarrollar modelos de neuronas que emulan áreas de la corteza visual que intervienen en este proceso, denominadas V1 y MT, ubicadas en el lóbulo occipital.

V1 es el área que recibe la primera información visual y posee una gran cantidad de células. “Cada una de ellas procesa una parte del campo visual, lo que vemos es el conjunto de lo que estas células están viendo. A su vez, algunas de ellas miran el color, otras el contraste, la textura y el movimiento que ocurre en ese trozo de imagen”, explica la Dra. María José Escobar. Así, para lograr el proceso completo, en forma paralela se están haciendo diversos análisis a nivel de la corteza visual.

Escobar acaba de finalizar el desarrollo de un proyecto Fondecyt en el que centró su investigación justamente en aquellas células que procesan el movimiento, donde existe una problemática que se denomina Apertura, que se refleja en “cómo lo que vemos no puede inferirse a partir de la respuesta de una sola célula, sino que se necesita integrar la información completa de la red”, explica.

Distintos ejemplos con los que trabaja la Dra. Escobar muestran cómo al juntar dos objetos que se mueven en distintas direcciones o en distinta forma estos crean las denominadas “ilusiones ópticas”, que son percibidas a partir de lo que reciben las dos cortezas visuales, siendo que una capta un movimiento, y la otra uno distinto, y que como resultado nos hacen percibir una nueva imagen.

De las dos áreas involucradas, V1 y MT, esta última incorpora información que viene de la primera: “V1 recibe la información visual y a nivel de MT se completa la percepción”. En su proyecto buscó determinar qué tipo de interacciones existen entre las células de ambas áreas visuales para que esto se resuelva. Finalmente, “esa interacción puede ser la responsable de que uno vea el mundo como lo ve, porque uno percibe las cosas de una forma pero la información que llega al sistema visual es otra. Entonces esto en algún punto se tiene que corregir”, agrega la Dra. Escobar.

Específicamente, la investigadora se enfocó en una interacción: “la respuesta de lo que ve una célula se modula de acuerdo al entorno en que está inmersa”. En ese entorno intervienen la luminosidad, el contraste y los colores. “Para el proyecto construimos una red de células de V1 y MT y al hacer las pruebas la información de entrada (estímulo) y la de percepción es distinta. Después miramos lo que pasó en la red a nivel de interacción entre estas neuronas y cómo interviene el entorno para lograr una respuesta a nivel de MT alineada con la percepción”.

En ese sentido, la hipótesis del modelo fue que la interacción de periferia de las células V1, que es la primera capa visual, es la responsable del cambio de percepción. “Para probar la hipótesis lo que hicimos fue entrenar, con algoritmos genéticos, ciertas respuestas conocidas de la capa MT, y lo que obtuvimos fueron dos cosas: que el contorno (supresión de periferia) inhibe la célula, y que la configuración de cómo se forma el contorno no depende de las características puntuales de las células de V1, sino de un efecto global (top down)”.

Entonces, explica la investigadora, “hay un área en la corteza visual que se ubica por sobre V1 y que le indica que tiene adoptar esas formas, y todas las células de V1 se modulan con el mismo contorno para obtener esa percepción de movimiento. El efecto global no depende de cada célula puntual sino que todas las que forman la corteza V1”.

Una investigación que sigue avanzando

Un nuevo proyecto Fondecyt adjudicado permitirá continuar la investigación. En este contexto, la retina juega un rol importante en el entendimiento de la visión: “hace pocos años se descubrió que es mucho más inteligente de lo que se pensaba, ya que hace una gran cantidad de pre cómputos hacia la corteza visual que antes no habían podido medirse. La información que sale de la retina se proyecta a varias vías visuales a través del tálamo, incluso hay proyecciones directas a áreas de “alto nivel” relacionadas con el procesamiento de la dirección del movimiento”, explica la profesora.

En ese sentido, una de las hipótesis que guiará la nueva investigación es que “en la retina hay células que son capaces de resolver el problema de la Apertura antes, “avisándole” a la corteza visual para que esta se prepare para lo que va a recibir y eso hace que este proceso sea rápido y eficiente”, explica. Entonces se trata de encontrar las células ganglionares no estándares que tienen que ver con el procesamiento del movimiento y velocidad de la retina, “en lo que aplicaremos conceptos de fisiología a nuestro modelo. Lo que estamos buscando es el entendimiento del sistema visual, como está organizado”, finaliza Escobar.

Fuente: Investigación USM estudia el viaje de las imágenes en movimiento hacia el cerebro

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