Mucho antes de que un recién nacido abra los ojos, su cerebro ya está preparando la maquinaria que le permitirá ver. Las conexiones neuronales no esperan a que llegue la información del exterior para empezar a organizarse. Durante el desarrollo, el cerebro genera su propia actividad y utiliza esas señales internas para construir y ajustar los circuitos que más tarde procesarán lo que vemos.
Ahora, un equipo liderado por la investigadora Guillermina López-Bendito, del Instituto de Neurociencias (IN), centro mixto del Consejo Superior de Investigaciones Científicas (CSIC) y la Universidad Miguel Hernández de Elche (UMH), ha identificado un mecanismo que ayuda a explicar cómo se produce ese proceso. Su trabajo demuestra que la actividad propia del tálamo desempeña un papel fundamental en la organización de los circuitos visuales durante el desarrollo.
El estudio, publicado en The Journal of Neuroscience, se ha realizado en modelos de ratón y revela que alterar la actividad del tálamo modifica tanto la cantidad y distribución de determinadas neuronas en esta estructura como la organización de células similares en la corteza visual.
El hallazgo añade una pieza importante al complejo proceso mediante el cual el cerebro construye sus circuitos antes de que estos puedan enfrentarse a la información del mundo exterior.
El cerebro prepara la visión antes de que los ojos empiecen a ver
El tálamo ocupa una posición estratégica en el cerebro. Actúa como un gran punto de comunicación entre los órganos de los sentidos y la corteza cerebral. En el sistema visual, recibe información procedente de la retina y la transmite hacia la corteza visual, donde esa información será procesada.
Pero el trabajo del equipo del IN CSIC-UMH muestra que su función comienza antes. Durante el desarrollo, el tálamo no se limita a transmitir información: también participa activamente en la construcción de los circuitos que posteriormente utilizarán esa información visual.
“Estos resultados muestran que el tálamo no actúa únicamente como una estación de paso de la información visual, sino que desempeña un papel activo durante la construcción de los circuitos neuronales. Su actividad contribuye a regular cómo se incorporan y distribuyen las interneuronas, un proceso fundamental para que estos circuitos se organicen correctamente durante el desarrollo”, explica Guillermina López-Bendito, que dirige el laboratorio Desarrollo, Plasticidad y Reprogramación de Circuitos Sensoriales en el IN CSIC-UMH.
La investigación se centra precisamente en una etapa en la que el cerebro todavía no recibe imágenes del exterior. En el caso de los ratones, buena parte de la organización inicial del sistema visual ocurre antes de la apertura de los ojos.
Eso significa que las neuronas no permanecen esperando a que aparezca la primera imagen. Generan actividad espontánea que sirve como una especie de señal interna para ayudar a construir las redes nerviosas.
Un sistema de neuronas que funciona como un freno
Para comprender qué papel desempeña el tálamo en este proceso, los investigadores utilizaron distintos modelos de ratón en los que podían modificar la actividad neuronal en diferentes puntos de la vía visual y en distintos momentos del desarrollo.
Uno de los experimentos fue especialmente importante porque permitió alterar la actividad del tálamo sin eliminar las conexiones entre la retina y esta estructura. De esta manera, el equipo pudo separar dos fuentes de actividad que normalmente están conectadas.
“Lo importante es que hemos podido separar la contribución de la retina de la actividad propia del tálamo. Al modificar específicamente la actividad talámica, observamos cambios en la densidad y proporción de las interneuronas en el tálamo visual”, señala Pablo Castellano-Ruiz, coprimer autor del trabajo junto con Irene Huerga-Gómez, Daniel Torres-Romero y Emily Wilson.
La atención de los investigadores se dirigió a las interneuronas inhibitorias, unas células que desempeñan una función esencial para mantener bajo control la actividad de las redes neuronales.
“Estas células actúan, de manera simplificada, como un freno que evita que la actividad de los circuitos neuronales se descontrole y contribuyen a mantener unas condiciones adecuadas para el funcionamiento de las redes nerviosas”, explica López-Bendito.
En otras palabras, el cerebro necesita no solo neuronas capaces de activar señales, sino también células que regulen cuándo y cuánto deben activarse. El equilibrio entre ambos tipos de actividad resulta esencial para que las redes funcionen correctamente.
El tálamo decide cómo se distribuyen las piezas del circuito visual
Los científicos analizaron el número, la densidad y la distribución de estas interneuronas en el núcleo geniculado lateral dorsal, una región del tálamo que forma parte de la vía visual.
Los resultados mostraron que la actividad propia del tálamo es un factor clave para determinar la densidad de estas células. Cuando esa actividad se altera durante el desarrollo, aumenta la proporción de interneuronas en esta región.
Lo interesante es que el cambio no parece deberse a que el cerebro produzca más interneuronas o a que estas sobrevivan en mayor número. El mecanismo está relacionado con cómo estas células se incorporan y se distribuyen dentro del circuito.
La investigación también permitió comprobar que la retina y el tálamo no desempeñan exactamente la misma función en este proceso. Cuando desaparecen las conexiones procedentes de la retina, cambia principalmente la posición de las interneuronas dentro del tálamo. Cuando se modifica la actividad propia del tálamo, lo que cambia es su proporción.
Son, por tanto, mecanismos diferentes, pero complementarios, que trabajan durante la construcción del sistema visual.
Una señal del tálamo llega hasta la corteza visual
El descubrimiento no termina en el propio tálamo. Los investigadores comprobaron que alterar la actividad talámica durante el desarrollo prenatal también modifica la organización de las interneuronas en la corteza visual.
Los cambios afectaron a diferentes poblaciones de estas células y, en algunos casos, permanecieron hasta fases posteriores del desarrollo.
Este resultado amplía la importancia del hallazgo. El tálamo no estaría influyendo únicamente en la organización de las células que se encuentran dentro de él, sino también en estructuras situadas más adelante en el circuito visual.
La imagen que emerge es la de un cerebro en construcción en el que las distintas regiones mantienen una comunicación constante incluso antes de que llegue la experiencia visual. Antes de que exista una imagen que procesar, ya existe actividad neuronal que ayuda a preparar el sistema que algún día permitirá interpretarla.
El trabajo, financiado por el Consejo Europeo de Investigación a través del programa Horizonte 2020, el Ministerio de Ciencia, Innovación y Universidades, el Programa para Centros de Excelencia Severo Ochoa de la Agencia Estatal de Investigación y el programa PROMETEO de la Generalitat Valenciana, aporta así nuevas claves sobre uno de los procesos más fascinantes del desarrollo cerebral: cómo el cerebro consigue organizar sus circuitos antes de empezar a utilizar plenamente los sentidos.
