Los investigadores decodifican los circuitos de la retina para el ritmo circadiano, la respuesta a la luz pupilar

La retina sensible a la luz del ojo aprovecha diferentes circuitos dependiendo de si está generando una visión de formación de imágenes o realizando una función no relacionada con la visión, como regular el tamaño de la pupila o los ciclos de sueño/vigilia, según un nuevo estudio con ratones del Instituto Nacional del Ojo (National Eye Institute). NEI) y el Instituto Nacional de Salud Mental (NIMH). Publicado en Informes de celda, los hallazgos podrían tener implicaciones para comprender cómo nuestros ojos ayudan a regular el estado de ánimo, la digestión, el sueño y el metabolismo. NEI y NIMH son parte de los Institutos Nacionales de Salud.

«Sabemos mucho sobre las vías involucradas en la visión de formación de imágenes, pero hasta ahora se desconocía si los comportamientos visuales que no forman imágenes dependen de estas mismas vías en el ojo», dijo Johan Pahlberg, Ph.D., jefe del Grupo de Fisiología de Fotorreceptores en NEI y autor principal del estudio.

La visión comienza cuando la luz viaja hacia el ojo y golpea los fotorreceptores sensibles a la luz de la retina. Los fotorreceptores transfieren señales a través de varias capas de neuronas retinianas antes de que esas señales se envíen al cerebro. La luz también desencadena ciertas funciones no relacionadas con la visión, como controlar la cantidad de luz que ingresa al ojo a través de la pupila (reflejo de luz pupilar) y regular el ciclo de vigilia/sueño (ritmo circadiano). La interrupción del ritmo circadiano se ha relacionado con problemas de sueño, obesidad y otros problemas de salud.

Para investigar las vías utilizadas por las funciones de formación de imágenes frente a las que no forman imágenes en la retina, Pahlberg y sus colegas estudiaron grupos de ratones que habían sido modificados genéticamente para desactivar uno o más enlaces de vías, o sinapsis, entre los fotorreceptores y su siguiente neurona posterior. vecinas, llamadas células bipolares. El grupo investigó las funciones de los fotorreceptores de bastón, que son sensibles a niveles bajos de luz; fotorreceptores de cono, que ven el color; así como tres tipos de células bipolares: células bipolares de varilla, células bipolares de cono «encendido» y células bipolares de cono «apagado».

Las células bipolares de cono «encendido» reaccionan a aumentos de luz, y las células bipolares de cono «apagado» reaccionan a disminuciones de luz. Los fotorreceptores de cono solo pueden comunicarse con las células bipolares de cono, mientras que los fotorreceptores de bastón tienen vías para comunicarse con cada uno de los tipos de células bipolares, según el nivel de luz. Luego, las células bipolares se comunican con otras neuronas en la retina, pasando información al nervio óptico y al cerebro. Algunos ratones del estudio no tenían conexiones funcionales entre los bastones y las células bipolares «sobre», por ejemplo, o conexiones entre los conos y cualquier célula bipolar, o carecían de conexiones entre los fotorreceptores de bastones y conos.

Los investigadores compararon las respuestas de los ratones a los estímulos visuales mientras evaluaban las respuestas a la luz pupilar y monitoreaban su ciclo nocturno de vigilia/sueño. Determinaron que, si bien la visión de formación de imágenes puede utilizar fotorreceptores de conos y bastones, así como todos los tipos de células bipolares, no ocurre lo mismo con las funciones que no forman imágenes. La respuesta de la pupila se basa exclusivamente en los fotorreceptores de bastones, mientras que los conos no pueden controlar este comportamiento. Mientras tanto, tanto la regulación del ritmo circadiano como el reflejo de la pupila solo usan vías de células bipolares «activadas», basándose en células bipolares de varilla y células bipolares de cono «activadas», pero no células bipolares de cono «desactivadas».

«Nos sorprendió mucho descubrir que los animales que solo tienen células bipolares ‘apagadas’ no pueden adaptarse a los cambios en el ciclo día/noche, pero aún pueden ver y responder a los eventos visuales, lo que significa que tienen una visión funcional de formación de imágenes. Fue realmente interesante para nosotros que las funciones de formación de imágenes ignoran por completo la información de la vía ‘fuera'», dijo Pahlberg. «Nos sorprendió igualmente que los fotorreceptores de varilla, que están optimizados para condiciones de poca luz, todavía se usaran para la respuesta pupilar incluso cuando los niveles de luz eran altos. Realmente pensamos que las varillas estarían al máximo en ese punto».

Pahlberg espera que muchos de estos hallazgos en ratones sean válidos para los humanos, ya que el circuito de la retina es similar en los mamíferos. En el futuro, tiene la intención de explorar otras funciones de la retina que no forman imágenes, como la regulación del estado de ánimo, y ver de qué otra manera se utilizan estos diferentes circuitos retinales.