La percepción visual I

¿Alguna vez os habéis preguntado cómo funciona la vista? Como es una de esas cosas que hacemos todos los días sin esfuerzo, pues no solemos plantearnos qué habrá ahí detrás para que la cosa funcione. Desde que nos levantamos y abrimos los ojos (incluso cuando soñamos estamos “viendo”) estamos todo el día viendo objetos, personas, colores…etc. y no sólo los percibimos, sino que además sabemos cómo se llaman, para qué sirven e incluso llegan a provocar una emoción determinada. Está claro que algo debe haber por ahí dentro que funciona como en cadena…pero ¿qué es?. Pues en la entrada de hoy vamos a hablar de la visión y su procesamiento neuronal para despejar todas estas preguntas. Como es un tema muy complejo, esta entrada va a estar dividida en varias partes. Hoy vamos a centrarnos en los aspectos fundamentales desde que la luz entra en nuestros ojos.

Antes de nada hay que aclarar que el proceso de visión no es tan simple como nos habían explicado en un principio. Si bien es cierto que se inicia así, la idea no sería tanto como esto:

Sino más bien como esta otra imagen. Como podéis ver, lo que se capta en cada ojo se envía por distintas vías a una serie de núcleos en los que va a ir haciendo relevo. En cada estación de paso, la información captada va a dejar parte de si misma, y va a tomar otras informaciones. Por ejemplo en el tálamo se unirá con otras informaciones sensoriales, en áreas visuales se puede unir a información semántica, también establece conexiones con áreas que se encargarán de dotar a esa imagen captada de un significado emocional (por ejemplo no es lo mismo mirar a una pared que no nos dice nada, que mirar a una persona significativa). Es un proceso muy complejo en el que intervienen muchas partes del cerebro, por lo que es importante delimitar bien la función de cada una, y conocer qué pasa si alguna de ellas falla. Una vez que la información recorre todo este camino, es cuando la experiencia visual se hace consciente y la imagen adquiere un significado, somos capaces de nombrar lo que vemos, e incluso de decir para qué sirve. Quiero que os paréis un segundo a pensar, y os fijeis en lo rápido e inconsciente que es este proceso. Ahora mismo estáis mirando la pantalla del ordenador, estáis viendo letras y estáis siendo capaces de juntar las letras, darles un significado y entender lo que os estoy contando. No os estáis dando cuenta de que estáis haciendo todo esto, pero aún así sucede. Sin que nos enteremos ¿Cómo es esto posible?

Lo primero y más importante en el proceso visual es la luz. De acuerdo, esto es una cosa muy obvia… pero ¿Por qué es importante la luz para nosotros si hay animales que ven bien a oscuras?. Todos apagamos las luces por la noche, dejando nuestro cuarto a oscuras (iluminado sólo por la luz de la ventana, por ejemplo) y al principio no vemos ni torta. Ahora bien, si después de un rato nos fijamos bien… somos capaces de distinguir con bastante acierto lo que hay a nuestro alrededor, aunque sea en una escala de grises y no con tanto detalle. El hecho de que desaparezcan los colores y los detalles de lo debemos a nuestros receptores visuales: los conos y los bastones.

Los conos se encargan de captar los detalles finos y de extraer la información que nos permite ver los colores. Los bastones por contra, son bastante más brutos y lo que nos permiten es ver las formas en general. Cuando hay luz se activan los primeros, pero cuando las condiciones lumínicas son pobres… se activan los segundos, que además son mucho más efectivos cuando llevan un rato trabajando (y dentro de un poco vamos a ver el motivo de esto). Como vemos, estos receptores se diferencian en muchas más cosas que la forma, por ejemplo en su distribución. En la retina tenemos una zona llamada fóvea que sólo tiene conos (recordad que se encargaban de los detalles) y se encuentra en todo el centro de la línea visual. Esto quiere decir que cuando miramos un objeto, éste cae directamente sobre la fóvea. Hay por los menos 5 millones de conos en cada retina, por lo que tienen que ser muy enanos (de hecho, Goldstein nos dice que en esta ‘o’ caben hasta 50.000 conos) y casi todos se ubican en la zona de la fóvea. Hay muchísimos más bastones (unos 120 millones) pero se encuentran en la periferia.

Hay una zona de nuestro ojo que no tiene ni un solo receptor, y es el agujero al fondo de la retina que contiene el nervio óptico. Lo llamamos punto ciego, justamente porque no tiene ningún receptor y no nos sirve para ver. Un momento, un momento… si tengo un agujero negro en mi ojo, entonces ¿cómo es posible que no vaya por ahí viendo puntos negros? Pues porque nuestros ojos tienen un ligero desfase uno frente al otro, lo que permite que al superponer las dos imágenes ese punto negro quede cubierto. Pero ahora os voy a enseñar una cosa muy chula para que os encontréis el punto ciego:

Lo que tenemos que hacer es muy fácil. Primero tenemos que fijar la vista en la cruz de la izquierda y a continuación nos tapamos el ojo izquierdo (sin dejar de mirar a la cruz). Ahora os vais alejando lentamente de la pantalla sin apartar la vista de la cruz, y llegará un momento en el que el círculo de la izquierda desaparezca, y si seguimos alejándonos volverá a aparecer. La figura desaparece porque cae justo en nuestro punto ciego, y al taparnos uno de los ojos impedimos que se produzca ese efecto de compensación que nos permite ir tapando esos “vacíos” de visión. Además de esto, los estudiosos postulan que nuestro cerebro tiene un mecanismo que le permite llenar huecos.

Ahora que sabemos esto, vamos a volver con la luz. Nuestro sistema visual está basado en la luz visible que es una proporción de energía que se incluye en el espectro electromagnético y se irradia en forma de ondas. Nuestra luz incluye longitudes de onda entre los 400 y los 700 nanómetros, lo que nos permite ver los colores que aparecen en la figura que tenemos aquí al lado: del rojo al violeta.

Detectar el color es una cosa muy curiosa que tenemos que agradecerle a la evolución, porque distinguir unos objetos sobre otros porque su color destaque más… puede haberle salvado el día a más de uno. Por ejemplo, nuestros antepasados podían pasarse un día entero buscando frutos si veían todo en grises… pero si de pronto soy capaz de distinguir una fruta roja sobre un fondo verde, pues ya no tendré tanto problema a la hora de buscar alimento. De hecho, esta teoría es la que proponen muchos investigadores para explicar el motivo por el que surgió nuestra percepción del color.

Que veamos los objetos de un color o de otro, depende básicamente de la cantidad de luz que se refleja desde ellos. Así, las longitudes de onda entre 450 y 490 nm se verán azules, y las que estén entre 590 y 620 nm se verán naranjas. Para analizar las longitudes de onda reflejadas, usamos una cosa que se llama curva de reflectancia, que no es más que una representación gráfica del porcentaje de luz reflejado por un objeto en función de su longitud de onda. En esta gráfica vemos que cuando la luz se refleja de forma plana se ven blancos, grises o negros (colores acromáticos), pero cuando una longitud de onda se refleja más que otra surgen los colores cromáticos (esto se llama reflexión selectiva).

Nosotros podemos percibir ¡hasta 200 colores! (o al menos, eso dicen desde el laboratorio) y todo esto a través de la combinación de los colores básicos: rojo, amarillo, verde y azul. Si vamos jugando con la longitud de onda, la intensidad del color y la saturación, podemos conseguir muchísimos más colores, como por ejemplo los 1225 que parecen en el Sistema Pantone (son esas fichas con colores que os enseñan cuando vais a comprar pintura, por ejemplo).

Bueno, ahora que somos expertos en la percepción cromática, vamos a volver al sistema visual (desde ahora SV). Nuestro SV está formado principalmente por tres estructuras: el ojo, el núcleo geniculado lateral del tálamo y el cortex estriado (que es el área visual y se llama así porque tiene un montón de estrías blancas).

Cuando la luz entra en nuestros ojos, atraviesa primero dos estructuras: el cristalino y la córnea, que nuestros “enfocadores” y proyectan la imagen percibida en la retina, haciendo que la luz estimule a nuestros conos y bastones. Estos receptores tienen unas sustancias químicas (los pigmentos) que reaccionan a la luz y generan señales eléctricas. La transducción de la luz en electricidad se produce en los segmentos de los receptores. Dentro de los segmentos podeis ver que hay una especie de discos, que son los que contienen en sus moléculas las proteínas opsina y retinal (que es sensible a la luz). Cuando la retinal se une a la opsina,  ésta reacciona a la luz absorbiendo un fotón de luz, lo que provoca que la retinal cambie su forma en un proceso que se llama isomerización (que es básicamente cuando una molécula se transforma en otra con los mismos átomos pero organizados de otra forma). La isomerización de una sola molécula de pigmento visual provoca una reacción química muy grande, que llamamos cascada de enzimas (porque se activan un montón de ellas, como si fuera una especie de dominó).

Hemos visto como cuando cae la luz sobre los receptores, las moléculas se unían y la retinal cambiaba de forma. Al cambiar se separa de la molécula grande de opsina y hace que la retina adquiera una coloración más clara en un proceso que se llama decoloración del pigmento… pero antes de poder repetir este proceso, las dos moléculas tendrán que volver a unirse ¿Cómo sucede esto? Pues este proceso se produce en la oscuridad, y explica otro de los fenómenos visuales que a mi me parecen más curiosos: distinguir los objetos en la oscuridad.

Esto nos ha pasado a todos: Vas a acostarte con las luces apagadas y…¡golpe en el pie con la pata de la cama! Claro, no ves nada porque está muy oscuro. Ahora bien, si nos acostamos y estamos un rato a oscuras… pero por lo que sea abrimos los ojos, somos capaces de ver muy bien en la oscuridad. Como ya sabemos no podemos ver los colores porque nuestros conos están out, pero si que distinguimos las formas perfectamente y apreciamos una escala de grises bastante digna. ¿Qué ha pasado durante este rato que me hace ver la pata de la cama con la que me di antes? Pues justamente este proceso de regeneración del pigmento. William Rushton descubrió que es en la oscuridad donde se regeneran esos pigmentos de los que hemos hablado antes, que los conos tardan seis minutos en regenerarse por completo y que los bastones lo hacen en media hora. Así se explica que se necesiten al menos 15 minutos para poder distinguir los objetos que no veíamos cuando entramos en la habitación.

Una vez que tenemos las señales eléctricas, éstas van a viajar a través de una serie de capas formadas por distintas células: las amacrinas, las bipolares, las horizontales y las ganglionares (Todo este rollo técnico queda muy bien reflejado en este dibujo que os pongo) Como veis tienen que pasar un montón de capas antes de llegar a su objetivo.

Estas capas son importantes porque influyen en gran medida en la percepción diferencial de los receptores. Como vimos, los conos son muchísimo más precisos que los bastones, y esto se explica por la tasa de convergencia con las distintas células. Los conos tienen una especie de línea privada con las células, algo así como que un cono se comunica directamente con una ganglionar; mientras que el bastón lo hace en grupo y comunican 10 bastones a una ganglionar.

Una vez que pasan todas estas capas, la señal eléctrica se va del ojo por un huequecito que hay al fondo de la retina que contiene el nervio óptico y a través de él se llega hasta el núcleo geniculado lateral.

Ahora vamos a dar un salto y vamos a comenzar con el proceso visual. Un fenómeno muy importante cuando hablamos de la conexión entre neuronas es la inhibición lateral. El área de la sensación está formada por dos partes: un área de excitación y un área de inhibición. Que esté separada así nos es útil porque permite una localización más precisa del punto dónde se produce la estimulación (imaginadlo como un círculo pequeño rodeado por otro más grande, el primero sería la excitación y el otro la inhibición). Teniendo en cuenta que los receptores forman un entramado enorme, imaginamos cómo se van superponiendo zonas de excitación e inhibición. Así, se vio que en la visión el estimular lumínicamente a un único receptor A producía una respuesta muy grande (porque estaban estimulando sólo su área de excitación). Ahora bien, cuando se estimulaba un área más grande que contenía un receptor A y un receptor B, la respuesta se iba dividiendo y no era tan intensa, y cuando estimulaban ambos pero se centraban más en B, las respuestas inhibitorias eran más poderosas y la respuesta era mucho menor. Este fenómeno que es un poco lioso es muy importante para explicar la percepción visual, y vamos a ejemplificarlo con la famosa Cuadrícula de Hermann. Esta cuadrícula muesta un efecto muy curioso, y es que ahora mismo estaréis viendo un montón de puntitos negros en las intersecciones, pero en el momento en que fijeis la vista en un punto concreto se volverá blanco, y serán los de alrededor los que sean negros. Cada vez que fijemos la vista en un punto, este cambiará por el efecto de la inhibición lateral.

En esta cuadrícula el receptor A cae entre dos cuadros, donde percibimos el punto gris. Cada receptor envía la información a las células vecinas y éstas provocan la inhibición lateral. La bipolar A recibe más inhibición lateral que la B, y por tanto dispara menos. Esa tasa menor de disparo se traduce en esos puntos grises/negros que vemos.

En este punto hemos visto como la luz ha entrado en nuestro ojo, ha estimulado nuestros receptores y éstos han transformado la luz en señales eléctrica que nuestro cerebro puede leer. El siguiente paso es que llegue a nuestro núcleo geniculado lateral, que es donde la información se va a organizar y relacionar con otros sistemas, pues el tálamo es la estación de paso de toda la información sensorial.

Hasta aquí la entrada de hoy. La próxima vez vamos a hablar de todo lo que le pasa a la información visual desde que llega al NLG hasta que se dirige a las áreas visuales del cerebro, donde nos volvemos conscientes de lo que estamos viendo.