El cervell no necessita la seua sofisticada escorça per a interpretar el món visual. Un nou estudi de l’Institut de Neurociències, centre mixt de la Universitat Miguel Hernández d’Elx (UMH) i el Consell Superior d’Investigacions Científiques, demostra que una estructura molt més antiga, el col·licle superior, alberga el circuit necessari per a realitzar els càlculs fonamentals que ens permeten distingir els objectes del fons i detectar quins estímuls són rellevants en l’espai.

Aquest treball, publicat en la revista PLOS Biology, exposa que aquests circuits ancestrals, presents en el cervell de tots els vertebrats, poden generar per si mateixos interaccions denominades centre-perifèria, un principi essencial de la visió que permet al cervell detectar contrastos, vores i objectes que sobreïxen del seu entorn.
“Durant dècades es pensava que aquests càlculs eren exclusius de l’escorça visual, però hem demostrat que el col·licle superior, una estructura molt més antiga en termes evolutius, també els realitza de manera autònoma”, explica Andreas Kardamakis, líder del laboratori Circuits Neuronals en la Visió i l’Acció, situat al campus de Sant Joan d’Alacant de la UMH, i investigador principal de l’estudi. “Això significa que la capacitat d’analitzar el que veiem i decidir què mereix la nostra atenció no és una invenció recent del cervell humà, sinó un mecanisme que va aparéixer fa més de mig bilió d’anys”, afig.

El col·licle superior actua com una espècie de radar biològic: rep informació directa de la retina i, abans que arribe a l’escorça cerebral, decideix quins estímuls de l’entorn són més rellevants. Quan alguna cosa es mou, brilla o apareix de sobte en el camp visual, aquesta estructura és la primera a respondre i dirigir la mirada cap a aquest punt.

L’estudi combina diverses tècniques experimentals d’avantguarda, com l’optogenètica dirigida, l’electrofisiologia i la modelització computacional, per a investigar com s’organitzen i comuniquen les neurones dins del col·licle superior. En utilitzar llum per a activar fibres retinals concretes en el col·licle i registrar les respostes en seccions de cervell de ratolí, l’equip va observar que el col·licle superior pot suprimir l’estímul central quan s’activa la zona circumdant. Aquest és un patró característic de les interaccions centre-perifèria i un mecanisme recolzat pel mapatge transinàptic específic de tipus cel·lular i la modelització a gran escala.

“Hem vist que el col·licle superior no sols transmet informació visual, sinó que la processa i la filtra activament, i redueix la resposta a estímuls uniformes i potencia els contrastos”, assenyala Kuisong Song, coprimer autor de l’article, que afig: “Això demostra que la capacitat de seleccionar o prioritzar informació visual està integrada en els circuits subcorticals més antics del cervell”. Els resultats suggereixen que la funció de destacar el que “sobreïx” en una escena (allò que capta la nostra atenció) no depén exclusivament de les àrees corticals superiors, sinó que està profundament arrelada en mecanismes comuns a tots els vertebrats.

Aquests resultats desafien la idea clàssica que les operacions visuals complexes són exclusives de l’escorça. En canvi, apunten a una organització jeràrquica del cervell molt més distribuïda, en què les estructures més antigues no sols transmeten informació, sinó que realitzen càlculs essencials per a la supervivència: localitzar un depredador, seguir una presa o evitar un obstacle.
“Comprendre com aquestes estructures ancestrals contribueixen a l’atenció visual ens ajuda també a entendre què ocorre quan aquests mecanismes fallen”, subratlla Kardamakis. “Trastorns com el dèficit d’atenció, la hipersensibilitat sensorial o algunes formes de lesió cerebral traumàtica podrien tindre l’origen, almenys en part, en un desequilibri entre la comunicació cortical i aquests circuits fonamentals”.

El seu equip està ampliant ara aquestes troballes a models in vivo per a investigar com el col·licle superior modula l’atenció visual i regula les distraccions durant comportaments orientats a un objectiu. Comprendre com els distractors visuals es transformen en respostes conductuals és fonamental per a revelar els mecanismes fisiopatològics subjacents, especialment en una era cada vegada més dominada per la tecnologia visual.

Aquest estudi és fruit d’una àmplia col·laboració internacional que inclou l’Institut Karolinska, el KTH Royal Institute of Technology (tots dos a Suècia), l’Institut Tecnològic de Massachusetts (MIT, els EUA). A més, també hi ha participat la investigadora de l’IN CSIC-UMH Teresa Femenía, que ha contribuït de forma destacada al desenvolupament experimental de l’estudi.
En línia amb aquest treball, Andreas Kardamakis i Giovanni Usseglio han publicat recentment un capítol en el nou volum de la sèrie Evolution of Nervous Systems d’Elsevier (editat per J.H. Kass), en el qual amplien la perspectiva comparada i evolutiva d’aquests circuits visuals subcorticals. En aquest text, els autors revisen com estructures homòlogues al col·licle superior, presents en peixos, amfibis, rèptils, aus i mamífers, comparteixen un mateix principi funcional: la integració d’informació sensorial i motora per a orientar l’atenció i la mirada.

El capítol destaca que aquesta arquitectura cerebral, conservada al llarg de més de 500 milions d’anys d’evolució, constitueix una base comuna sobre la qual l’escorça va desenvolupar més tard funcions cognitives superiors. “L’evolució no va reemplaçar aquests sistemes antics, sinó que els va aprofitar; continuem utilitzant el mateix maquinari bàsic per a decidir cap a on mirar i què ignorar”, apunta Kardamakis.

Aquest treball ha sigut possible gràcies al finançament de l’Agència Estatal d’Investigació – Ministeri de Ciència, Innovació i Universitats, el Programa Severo Ochoa per a Centres d’Excel·lència, la Generalitat Valenciana, a través del programa CIDEGENT, el Swedish Research Council, la Swedish Brain Foundation i la Fundació Olle Engkvist.