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Visión: las vidrieras del cerebro (entrevista a David Hubel)

escrito por Germanico 16 marzo, 2012
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Las dos primeras personas en ver cómo vemos, cómo lo que entra por las ventanas de los ojos es convertido en percepción, fueron David Hubel y Torsten Wiesel. Su trabajo les mereció el Premio Nobel de Fisiología y Medicina en 1981, que recibieron conjuntamente con Roger Sperry, cientifico este último que, entre otras cosas, había realizado, junto con su entonces alumno Michael Gazzaniga, los experimentos con pacientes de cerebro dividido que tanto han contribuído a la comprensión de la lateralización de funciones en el cerebro humano.

Hubel y Wiesel, verdaderamente, cambiaron nuestro modo de ver el mundo, o, mejor sería decir, de ver cómo vemos el mundo. Antes de que ellos realizaran sus experimentos con microelectrodos aplicados a células individuales, Vernon Mountcastle habia descubierto la organización en columnas de las células en la corteza cerebral, midiendo los disparos neuronales por miles. Dichas columnas agrupaban a las células en módulos funcionales. Este descubrimiento de la estructura en columnas de la corteza cerebral constituye un hito de la neurociencia, porque permitió comprender que la realidad se construye en una cadena de montaje de sensaciones. Los distintos tipos de estímulos son agregados para dar lugar al cuadro completo de la sensación.

Hubel y Wiesel, que llevaban ya tiempo estudiando la retina y el sistema visual, decidieron cruzar su particular rubicón, y pasaron de uno a otro lado del sistema visual: de la retina a la corteza visual, situada en el lóbulo occipital del cerebro, es decir, justo en la otra punta de nuestra cabeza. Y pasaron también de la John Hopkins University a Harvard.

Sus experimentos con animales (no aptos para sensibles ni personas contrarias al “maltrato” animal) les llevaron un día a un resultado inesperado. Ponían ante la vista de un gato unas manchas, y registraban los disparos de una neurona. Esta última permanecía quiescente. Pero de pronto empezó a disparar como una ametralladora. Tardaron en darse cuenta, pero terminaron por descubrir que esta neurona se activaba con el movimiento de un borde de la diapositiva que usaban como estímulo visual, y no con el contenido de la diapositiva. Según la orientación del movimiento la neurona disparaba o se detenía. Actuaba de acuerdo con el principio de todo o nada, por lo que respecta al tipo de estímulo: mancha, color, movimiento….pero dentro de su modalidad (en este caso el movimiento) respondía con distinta intensidad según fuera la inclinación del mismo.

A partir de ahí se hicieron muchas otras mediciones que no venían sino a confirmar el hecho concreto de que algunas neuronas respondían solamente al movimiento y orientación así como el principio general de que las neuronas de la corteza visual procesaban, por capas, distintos aspectos del estímulo, y como pequeñas piedritas agrupadas, creaban con ellos un mosaico, en las columnas descubiertas por Mountcastle. Dicho mosaico era y representaba el percepto visual de una escena.

Hubel y Wiesel también provocaron la degeneración de las neuronas de las fibras de un ojo en monos, para ver si esta se traducía en algún tipo de patrón en la corteza visual. Una serie de bandas negras, correspondientes a las neuronas del nervio óptico de un ojo que había sido degeneradas, se mezclaban con una serie de bandas blancas, que se correspondían con las neuronas del otro ojo, que no había sufrido lesión. Esto les permitió dirimir la forma en que los ojos estaban respectivamente representados en la corteza. El patrón que encontraron se asemejaba al de la piel de una cebra.

Volviendo a los gatos, sin abandonar a los monos y dejado de lado las imaginarias pieles de cebra, Hubel y Wiesel se dedicaron a tapar uno de los ojos de gatitos y monitos recién nacidos durante unos cuantos días. El resultado de esta deprivación sensorial parcial de la vista suponía la ceguera del animal en el ojo tapado, por lo general de forma permanente. Esto suponía que la falta de estímulos sensoriales del mundo exterior impedía el desarrollo normal de las vías neuronales que conducen la información lumínica de la retina al córtex occipital. Realmente parece una crueldad. Y sin embargo aplicado a la medicina ha servido para salvar a muchas personas de padecer ceguera permanente en el llamado ojo vago. Entre los ojos puede haber una competencia en la que un ojo obtenga la victoria sobre el otro (el ojo dominante) y, dicho metafóricamente, le elimine. Así, ahora, a niños en los que tienen un ojo dominante se les planta un parche en el mismo para que el otro, la parte débil, pueda desarrollarse adecuadamente.

Dicho de forma sucinta -espero no saltarme ningún paso relevante- la luz, se sabe hoy, entra en la retina, es parcialmente procesada en ella según su longitud de onda con pigmentos en las células retínicas, allí los fotones dan origen a los impulsos electroquímicos característicos de las neuronas, que parten de los respectivos nervios ópticos de cada ojo hacia el cuerpo geniculado lateral del tálamo, tomando en él la forma de mapa topográfico de la escena visual percibida. Se sabe que todo eso sucede inconscientemente. El tálamo conecta con otras zonas del cerebro, como la amígdala o el hipotálamo, lo que nos permite dar un respingo antes de darnos cuenta conscientemente de que estamos en peligro, por ejemplo. Luego la información continúa hacia la corteza visual, en dónde en varias capas se van procesando los distintos aspectos del estímulo visual y se crea el mosaico de la realidad exterior, un mosaico que, dado que en su origen ha tomado de la luz su colorido y su intensidad, bien podríamos considerar una vidriera.

Dentro del templo cerrado y oscuro de la caja craneal penetra una luz a través de un conjunto de cristales coloreados, pero lo que vemos es un dibujo, una representación.

Hubel y Wiesel dejaron de trabajar juntos, pero aún siguen, a su avanzada edad, investigando y trabajando. Desde Harvard el Professor Hubel ha tenido la gentileza de respondernos unas preguntas. Hace poco la que fue su “pupila” (léase alumna), Susana Martínez-Conde, nos habló de sus investigaciones sobre las ilusiones visuales y la neuromagia. Sin duda, si no llega a ser por este gigante llamado David Hunter Hubel, hoy, ni ella ni ningún otro investigador de la visión, podrían investigar ninguna de estas cosas.

Esta entrevista constituye la segunda parte de una serie iniciada, con Raquel Herz y el sentido del olfato, sobre los sentidos.

Debo añadir que la interesantísima historia de Hubel y Wiesel, dentro de la interesantísima historia del estudio del cerebro, la tienen en el libro de Julio González Álvarez, a quién también tuvimos la suerte de poder entrevistar aquí. Recomiendo encarecidamente el libro de este autor, del cual he tomado parte de la información relatada en esta introducción.

En inglés:

1 .- When Torsten Wiesel and you began working together, in 1958, you did not have the means available today to study the brain function. Despite the limitations that were given, you found the key of the brain’s visual processing. In what sense do you think the things have changed now that neuroscience research methods are more sophisticated?

We did indeed have sophisticated methods, especially microelectrode methods for recording from single cells. Others, like tungsten electrodes, we invented ourselves.  Today new methods of course help, such as FMRI

2.-You found that the images passed before we were not what we thought exactly, but rather a sophisticated processing of environmental stimuli, a product of an assembly of mental images…

The brain in a sense, transforms the outside picture, works on it.

3 ..- The visual sense is not only the better studied one but also more importantly, in our species….

I think the importance of our hearing is greatly underestimated.  And I find it hard to compare hearing and vision in importance.  I think I’d rather be blind than completely deaf.

4.-This work you did with vision made you win the Nobel Prize and other major awards, including the Gross Horwitz, with Vernon Mouncastle. In the deliberations of this last prize, it  was told that a juror, during the deliberations, said that Vernon Mountcastle`s and your’s researches had a “limited biological generality “, to which Eric Kandel said,” Yeah, right, it does not apply to the kidney or spleen, It is much more restricted: only helps to explain how the mind works “How the visual sense helps to explain how the mind works?

I don’t think it helps to think of the ‘mind’ as a ‘thing’; I don’t find it a useful concept.

5.-In your work on visual deprivation in newborns cats and monkeys with Wiesel, you discovered the existence of critical periods in which connections are created in the visual system, to make it fully operational. If one eye does not receive stimulation of the environment during that period, the cortical neurons that have received their afferents degenerate. What this discovery suggested to you on the respective power of genes and environment for the development of organisms?

Both  are important, obviously.  What surprised us was the extent to which many of the connections are present at birth, and don’t come about solely because of the environment. This goes against much of psychological thought, which regards the brain as a tabula rasa.

6.-There have been numerous experiments in sensory deprivation that led to the test persons to experience hallucinations. The dreams themselves are a form of sensory deprivation, particularly visual, involving a proliferation of images. In the absence of external stimuli How the brain manages to create such images, some with shapes  never seen before or even imagined?

I don’t know.  The hallucinations are surely a manifestation of the brain working on its own, in rather random ways.

7.-The colors have been considered as an example of so-called qualia. The study of consciousness has relied heavily on the visual consciousness. Consciousness seems to integrate different qualia and create a complex image (color, orientation, size, contour, … etc). But consciousness is also made of sounds, smells, bodily sensations … Why do you think that researchers on consciousness as prominent as Francis Crick have been so focused on visual processing?

With Damasio, I think somatic sensation is greatly underestimated in thinking about consciousness.  The emphasis on vision must be because we know much more about it, compared with hearing or smell.  I have an essay on color and ‘qualia’ that I can send you:    I feel that the research on consciousness is mostly wasted time, except for the old work of Burger, Adrian , Moruzzi and so on, and Roger Sperry.

8 .- What is the difference between the organization and functioning of the visual cortex respect to the other cortical areas?

The main difference is that we know next to nothing about the organization of other cortical areas.

9.-Recent studies show that when we are looking at the world we do not control the eyes as well as we thought. They are constantly moving and sometimes one try to look at something unconsciously . There are also cases of neurological patients with so-called blindsight. What part of the visual system is unconscious?

Microsaccades must surely exist because without any eye movements our vision fails.  “Blindight” is something completely different and probably simply represents the capabilities of the superior colliculus to function, to a limited degree, in the absence of the visual cortex.

10.- What are you now working?

Now I am mostly teaching small groups of Harvard and Wellesley undergraduates.  My research is confined to humans (one might call it ‘psychophysics”)  on vision in dim light, vision that depends on rods rather than cones.

En castellano:

1 -. Cuando Torsten Wiesel y usted comenzaron a trabajar juntos, en 1958, no tenía los medios disponibles en la actualidad para estudiar la función cerebral. A pesar de las limitaciones que tuvieron, dieron con la clave del procesamiento visual del cerebro. ¿En qué sentido cree que las cosas han cambiado ahora que los métodos de investigación de la neurociencia son más sofisticados?

Nosotros sí teníamos en realidad métodos sofisticados, especialmente los métodos de registro con microelectrodos de células individuales. Otros, como los electrodos de tungsteno, los inventamos por nuestra cuenta. Hoy en día los nuevos métodos desde luego que ayudan, como la Resonancia Magnética Funcional.

2.-Ustedes descubrieron que las imágenes que pasan delante de nosotros no son exactamente lo que creíamos, sino más bien un sofisticado procesamiento de los estímulos ambientales, el producto del montaje de un conjunto de imágenes mentales…

El cerebro en cierto sentido, transforma la imagen externa, trabaja en ello.

3 .. – El sentido de la vista no sólo es el mejor estudiado sino también el más importante para nuestra especie….

Creo que la importancia de nuestra capacidad auditiva está enormemente subestimada. Me resulta difícil hacer comparaciones sobre la importancia de la audición y la visión. Me parece que preferiría estar ciego a completamente sordo.

4.-Su trabajo con la visión les hizo ganar a usted y a Wiesel el Premio Nobel y otros premios importantes, incluyendo el Gross Horwitz, junto con Vernon Mouncastle. En las deliberaciones de este último premio, parece que un miembro del jurado dijo que sus investigaciones y las de Vernon Mountcastle tenían una “generalidad biológica limitada”, a lo que Eric Kandel, también miembro del jurado, replicó: ” Sí, claro, lo que han hecho no se aplica a los riñones o al bazo, es mucho más restringido: sólo ayuda a explicar cómo funciona la mente “¿Cómo ayuda a explicar el sentido de la vista cómo funciona la mente?

No creo que ayude el pensar en la “mente” como en una “cosa”, no me parece un concepto útil.

5.-En su trabajo sobre la deprivación visual en los gatos y los monos recién nacidos, que descubrió la existencia de períodos críticos en los que las conexiones se crean en el sistema visual, para que éste sea plenamente operacional. Si un ojo no recibe la estimulación del medio ambiente durante ese período, las neuronas corticales que han recibido sus vías aferentes degeneran. ¿Qué es lo que sugiere este descubrimiento del respectivo poder de los genes y ambiente en el desarrollo de los organismos?

Ambos son importantes, obviamente. Lo que nos sorprendió fue el grado en que muchas de las conexiones están presentes al nacer, y no son producidas únicamente por el medio ambiente. Esto va en contra de gran parte del pensamiento psicológico, que considera el cerebro como una tabla rasa.

6.-Se han realizado numerosos experimentos en la privación sensorial que llevaron a las personas de la prueba a experimentar alucinaciones. Los mismos sueños son una forma de privación sensorial, especialmente visual, que implica una proliferación de imágenes. En ausencia de estímulos externos, ¿Cómo el cerebro se las arregla para crear este tipo de imágenes, algunas con formas nunca antes visto o imaginado?

No  lo sé. Las alucinaciones son, sin duda una manifestación de que el cerebro trabaja por su cuenta, de forma bastante aleatoria.

7.-Los colores han sido considerados como un ejemplo de los llamados qualia. El estudio de la consciencia se ha basado en gran medida de la consciencia visual. La conciencia parece integrar los qualia diferentes y crear una imagen compleja (color, orientación, tamaño, contorno, etc …). Pero la conciencia es también de sonidos, olores, sensaciones corporales … ¿Por qué crees que investigadores sobre la conciencia tan prominente como Francis Crick, se han centrado tanto en el procesamiento visual?

En esto estoy con Damasio, Creo que las sensaciones somáticas se han subestimado enormemente a la hora de pensar en la consciencia. El énfasis en la visión puede deberse a que  sabemos bastante más sobre ella si se compara con nuestro conocimiento del oído o el olfato. Tengo un ensayo sobre el color y los ‘qualia’ que podría enviarte: me da la sensación de que la investigación sobre la consciencia es principalmente un pérdida de tiempo, si exceptuamos los antiguos trabajos de Burger, Adrian, Moruzzi etc….y  el trabajo de Roger Sperry.

8 -. ¿Cuál es la diferencia entre la organización y funcionamiento de la corteza visual respecto a las otras áreas corticales?

La principal diferencia es que lo que sabemos sobre la organización de otras áreas corticales es prácticamente nada.

9.-Los últimos estudios muestran que cuando estamos viendo el mundo no controlamos los ojos tanto como creíamos. Estos se mueven constantemente y, a veces uno trata de mirar algunas cosas inconscientemente. También hay casos de pacientes neurológicos con la llamada visión ciega. ¿Qué parte del sistema visual es inconsciente?

Las  microsacadas seguramente existen, porque sin ningún tipo de movimientos oculares nuestra visión falla. La “visión ciega” es algo completamente diferente y probablemente representa simplemente las capacidades del colículo superior para funcionar, en un grado limitado, en ausencia de la corteza visual.

10-. ¿En qué trabaja ahora?

Ahora estoy principalmente dando clases a pequeños grupos de estudiantes universitarios de Harvard y Wellesley. Mi investigación (podría considerarse de “psicofísica”) está centrada en la visión humana con poca luz, la visión que depende de los bastones en lugar de hacerlo de los conos.

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