NeoFronteras

Ojos ectópicos funcionales

Área: Biología — Lunes, 4 de Marzo de 2013

Ojos trasplantados sin conexión directa con el cerebro permiten ver a unos renacuajos.

Foto
Este renacuajo sin ojos en la cabeza puede tener cierta visión a través de ojos trasplantados en la parte posterior de su cuerpo. Se aprecia uno de ellos abajo a la derecha. Fuente: D. Blackiston y M. Levin.

Por primera vez se ha conseguido que unos ojos trasplantados fuera de la cabeza de un vertebrado y sin conexión neuronal directa con ella confieran cierta visión. El logro podría se útil en medicina regenerativa, bioingeniería, etc.
Uno de los desafíos biológicos más interesantes es comprender cómo el cerebro y el cuerpo se adaptan a grandes cambios en la organización corporal. Según este experimento el cerebro tiene una notable habilidad plástica para procesar datos visuales provenientes de ojos deslocalizados fuera de la cabeza.
Una de las metas de la Medicina es la restauración de un sentido que ha sido dañado a través del uso de repuestos artificiales, sean biológicos o no. Este resultado permite suponer que en un futuro lejano se podría regenerar el sentido de la vista sin necesidad de realizar conexiones muy específicas con el cerebro.
El experimento, realizado por unos científicos de la Universidad de Tufts, ha efectuado en renacuajos (Xenopus laevis) en los que se implantaron tejidos destinados a formar los ojos en la parte posterior de sus cuerpos. Los ojos no se trasplantaron ya formados, sino que se marcaron por fluorescencia proteínas específicas que formaban parte de los tejidos destinados a formar los ojos procedentes de renacuajos donantes. Esos tejidos fueron trasplantados a los receptores y dieron lugar a unos ojos ectópicos. Los receptores no formaban ojos normales en sus ubicaciones habituales al ser estos tejidos eliminados quirúrgicamente. Se realizó esto sobre 230 renacuajos.
A través del uso de microscopia por fluorescencia se pudo comprobar que el animal receptor desarrollaba nervios que conectaban esos ojos ectópicos no directamente con la región craneal en donde se encuentra el cerebro, sino con la médula espinal.
Un hallazgo extraño fue darse cuenta que los renacuajos ciegos de control mostraban cierta reacción a la presencia de luz, por lo que la existencia de ojos es innecesaria para una respuesta sencilla a la luz.
Para comprobar la funcionalidad de los nuevos ojos, los investigadores desarrollaron un sistema de entrenamiento visual controlado computacionalmente en el que distintos cuadrantes eran iluminados por luz LED roja o azul. El sistema administraba una pequeña descarga eléctrica a los renacuajos que nadaban en un cuadrante iluminado con luz roja. Además registraron el movimiento y velocidad de los mismos. Este sistema permitiría a los renacuajos, en teoría y una vez entrenados, evitar la luz roja y nadar hacia la luz azul si tenían algún tipo de visión.
Las conexiones de los nuevos ojos con el cuerpo no siempre se realizaban de manera adecuada, pues las conexiones axonales a veces se realizaban con el aparato digestivo en lugar de con la espina dorsal. Las conexiones con el aparato digestivo no permitieron a los renacuajos aprender de los estímulos luminosos.
Descubrieron que un 19% de los renacuajos que tenían nervios ópticos que se conectaban con la espina dorsal mostraban respuestas de aprendizaje frente a la luz: se alejaban de la luz roja mientras que la luz azul estimulaba su movimiento natural. La respuesta a la luz azul de estos renacuajos no difería mucho de la de los renacuajos de control a los que no se había efectuado ningún tipo de intervención. Un 40% de los renacuajos de control con visión normal conseguía aprender a evitar la luz roja. Aunque no se sabe si este tipo de visión es igual a la normal, no hay duda que estos ojos proporcionan algún tipo de visión.
Este resultado es totalmente inesperado, pues nadie habría supuesto que unos ojos ectópicos pueden ser funcionales cuando se conectan a la médula espinal en lugar de hacerlo directamente al cerebro. Los ojos ectópicos realizan una función visual y el cerebro es capaz de reconocer los datos visuales de esos ojos a través de la espina dorsal.
En experimentos previos realizados en 2003 se trasplantaron tejidos oculares sobre la cabeza y se pudo comprobar que se realizaban conexiones directamente con el cerebro, pero no se pudo determinar si estos ojos proporcionaban visión.
Este nuevo hallazgo sugiere que el cerebro tiene una gran plasticidad a la hora de incorporar señales nerviosas de distintas partes del cuerpo dentro de un programa de comportamiento que, sin embargo, evolucionó con un plan corporal diferente y específico. Todavía queda por determinar si esta plasticidad del cerebro de los vertebrados puede extenderse a otros órganos sensoriales ectópicos o a otras especies.
Otro tema de investigación será determinar cómo el cerebro es capaz de reconocer las señales visuales que provienen de un tejido situado cerca de las tripas e interpretarlos como datos visuales. Esto es solventado en ciencias de la computación con una cabecera de metadatos acoplada al resto del paquete de información, cabecera que indica tipo y fuente de esos datos, pero no se sabe si esto es así o no en este caso.
Obviamente hay muchas diferencias entre humanos y ranas, pero no son absolutamente fundamentales. Los humanos no queremos tener ojos en la espalda, pero este tipo de investigación podría permitir hacer ciencia fundamental sobre cómo hacer crecer nuevos órganos que reemplacen los dañados o a desarrollar terapias que reparen nervios dañados, por ejemplo en lesiones medulares.

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Fuentes y referencias:
Nota de prensa.
Artículo original.

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7 Comentarios

  1. LLuís:

    ¡Y tanto que resulta totalmente inesperado!.Inesperado es poco,este es uno de esos estudios que te dejan con la boca abierta.Es tanta la sopresa que si no fuera porque todos sabemos que este es un sitio serio,pensaría que me están tomando el pelo.
    En cuanto a eso de que no queremos unos ojos en la espalda, pues no sé. Pero de dedicarse uno al espionaje, tan de moda en estos tiempos que corren, quizás pensaría en su utilidad.Debidamente camuflados para que no te tomen por un alien, darían juego.

  2. Atanasio:

    “Otro tema de investigación será determinar cómo el cerebro es capaz de reconocer las señales visuales que provienen de un tejido situado cerca de las tripas e interpretarlos como datos visuales.” A mí me parece que hay aquí confusiones muy serias. Señales visuales, sin duda, pero “¿interpretarlos como datos visuales?” Que un impulso nervioso llegue a la médula espinal (o a “las tripas”) proveniente de un mecanismo ocular no significa que sea visual. Si por un mecanismo fotovoltaico recibo un calambre en las tripas, seguro podré ser condicionado para apartarme de una luz roja, pero ése de ninguna manera sería un estímulo visual. Será un estímulo de otro tipo -muscular, por ejemplo- para el que se ha empleado un dispositivo óptico. Sólo si el renacuajo fuera capaz de aprender a distinguir entre dos patrones diferentes presentados simultáneamente, no secuencialmente -ojo-, tal vez podría empezar a hablar uno de estimulos visuales. Por el momento, lo que se demuestra es que es posible acoplar órganos sensoriales en distintos puntos de la red nerviosa, no que esos órganos suministren los estímulos que les están asociados en su posición “natural”.

  3. tomás:

    Estoy muy de acuerdo con las reservas de Atanasio. Pero ya dice el artículo: “Aunque no se sabe si ese tipo de visión es igual a la normal…”. Es muy interesante la consideración de la noticia sobre la plasticidad del cerebro.
    Yo no creo, como especula Atanasio, que pudiera hablarse de “estímulos visuales” ni siquiera cuando los patrones diferentes fuesen presentados simultáneamente. Es decir que me apunto a sus observaciones de forma incluso ligeramente más radical.
    Te felicito, Atanasio, por tu perspicacia que no recorta el altísimo interés del artículo.
    Saludos cordiales.

  4. Juan Manuel:

    Es interesante lo de la “plasticidad” del sistema nervioso por cuanto estos y otros organismos “más simples” de antaño conocidos tienen sorprendentes capacidades de regeneración celular y tisular, lo que al menos a nivel teórico podría conferir un buen éxito en la integración funcional de algún órgano ajeno colocado ex profeso. Por otro lado en cuanto a la información percibida sería uno solo de los órganos de los sentidos, además los organismos reaccionan a sus ambientes; recibiendo, interpretando y respondiendo a la totalidad de la información recibida por el conjunto de los sentidos. En cuanto a su aplicabilidad en humanos, ahí sí el camino ha de ser largo e interdisciplinario, pero esto ya es un buen comienzo.

  5. Pocosé:

    Sorprendente la plasticidad e intencionalidad de conexión, así como la ruta abierta a la experimentación.
    Mi pequeña discrepancia con los comentarios va por el camino de que en el sistema nervioso todo son impulsos eléctricos, “calambres”. Si desde mi nacimiento cada vez que algo se mueve a mi espalda me dieran unos calambres en las tripas y estos variaran en intensidad y localización según el tamaño, la cercanía, la dirección y la velocidad del objeto, seguro que a estas alturas yo podría identificar bastante bien que es lo que se mueve a mis espaldas y sería el “retrotripasradararvision Xman”.
    Bromas aparte creo que si de alguna manera, directa o indirecta, por medio de uno de los diferentes tipos de ojos u otros tipos de órganos (ojos parietales, células fotosensibles), se hace llegar información lumínica al sistema nervioso, a esto se le puede llamar visión, otra cosa distinta será la calidad de dicha información y la construcción del entorno que el sistema nervioso pueda formarse con ella.
    Cuando a un adulto, ciego de nacimiento, se le restaura la visión, hay que volver a enseñarlo a interpretar esos nuevos “calambres” que llegan a su cerebro y como se relacionan estos con el entorno. Puede que si no se le ayudara prefiriera cerrar los ojos y seguir como antes. A los renacuajos también hubo que adiestrarlos.
    Saludos a todos.

  6. NeoFronteras:

    Un ciego de nacimiento no puede ver si le arreglan el problema visual que tenga. Ver es algo más que el ojo forme imágenes en la retina. El cerebro aprende a procesar esa información visual cuando somos pequeños y se crean las oportunas redes neuronales. Un adulto nunca puede aprender ver bien completamente si siempre ha sido ciego. Los casos documentados así lo demuestran (Oliver Sacks en unos de sus libros, que además fue adaptado al cine y protagonizado por el infame Val Kilmer).

    Estos renacuajos son operados siendo embriones y, por tanto, podrían llegar a ver de verdad. Algo que nunca sabremos porque no nos lo pueden contar.

  7. tomás:

    Pues yo creo que -dentro de ciertos límites- sí que nos lo pueden contar. Por ejemplo comparando la reacción a ciertos estímulos de los renacuajos sin manipular y la de los que llevan ojos ectópicos cuando ya han aprendido lo suficiente u observando cómo van aprendiendo junto a los normales. Supongo.

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