El ojo funciona como una cámara digital… Y el cerebro como un sofisticado procesador de imágenes

Como una cámara digital a la hora de procesar una imagen, un núcleo del cerebro (el núcleo geniculado lateral del tálamo) es el encargado de recibir información directamente de la retina y enviarla a la corteza cerebral para su análisis. Un equipo liderado por investigadores del Consejo Superior de Investigaciones Científicas (CSIC) ha descubierto que la función que lleva a cabo este núcleo es muy parecida a la que cumple una cámara digital o un teléfono móvil a la hora de ampliar la resolución de una fotografía. Los resultados aparecen publicados en la revista Neuron.

El ojo funciona como una cámara digital, en la cual, la superficie receptora está formada por un conjunto de píxeles. Por eso la resolución de la imagen que proporciona el ojo al cerebro está limitada por el número de píxeles, o células ganglionares, de la retina.

“Los circuitos neuronales que forman el núcleo del cerebro interpolan para obtener una imagen retiniana con mayor número de píxeles y, por lo tanto, mayor resolución aparente. Esto permite al cerebro incrementar el tamaño de la imagen retiniana antes de proceder a un análisis más detallado”, asegura Luis Martínez, investigador del CSIC en el Instituto de Neurociencias de Alicante (centro mixto del CSIC y la Universidad Miguel Hernández).

Incrementar la resolución por interpolación es algo habitual en el tratamiento de imágenes. Sin embargo, este proceso tiene una deficiencia: reduce el contraste local, lo que hace que las imágenes se vean desenfocadas. Sólo con un filtro es posible incrementar el contraste local y disimular este efecto.

Según Martínez, en el cerebro, el problema es similar o más grave, ya que la resolución final del ojo es de apenas un megapíxel. “Hemos descubierto que la relación entre los dos tipos celulares principales del tálamo, dos masas esféricas de tejido gris, situadas dentro de la zona media del cerebro, permite compensar los efectos adversos de la interpolación de la misma manera que lo haría, por ejemplo, una cámara digital”, precisa el investigador del CSIC.

Principio de minimización de cable

Mediante modelizaciones matemáticas, los investigadores han concluido que los circuitos de la retina y el tálamo implicados en estas dos operaciones, interpolación e incremento del contraste local de las imágenes visuales, se generan durante el desarrollo embrionario. La única limitación es la cantidad de cable utilizada para conectar la retina con el cerebro, que es la mínima necesaria para generar un circuito funcional, un principio ya enunciado por Cajal hace más de un siglo.

Esa necesidad de mantener el tamaño del ojo lo más reducido posible y la longitud de axones o cables que lo unen con el cerebro lo más corta posible supone un límite al número de píxeles que tiene el ojo.

“La razón es que, aunque un mayor tamaño del ojo mejoraría la calidad y resolución de la imagen, lo haría a costa de incrementar el gasto metabólico y el espacio requerido para enviar esa información visual al cerebro. Este problema también se da a la hora de diseñar dispositivos artificiales de tratamiento de imágenes, como una cámara digital o una impresora”, agrega Martínez. 

Luis M. Martínez, Manuel Molano-Mazón, Xin Wang, Friedrich T. Sommer, y Judith A. Hirsch. Statistical Wiring of Thalamic Receptive Fields Optimizes Spatial Sampling of the Retinal Image. Neuron. DOI: 10.1016/j.neuron.2013.12.014.