Un radar cerebral de 500 millones de años que aún influye en nuestra visión

La capacidad del cerebro para interpretar el mundo visual no depende únicamente de su capa externa avanzada, el córtex. Un nuevo estudio publicado en PLOS Biology reveló que una región cerebral evolutivamente más antigua, el colículo superior, contiene redes neuronales capaces de realizar cálculos visuales fundamentales. Estos circuitos permiten al cerebro separar objetos de sus fondos y determinar cuáles son las señales visuales más relevantes en el espacio.

Los investigadores encontraron que este sistema antiguo, compartido por todos los vertebrados, puede producir de manera independiente interacciones centro-periferia, un proceso visual clave que ayuda a detectar bordes, contrastes y detalles que captan la atención en el entorno. "Durante décadas se pensó que estos cálculos eran exclusivos del córtex visual, pero hemos demostrado que el colículo superior, una estructura mucho más antigua en términos evolutivos, también puede realizarlos de forma autónoma", explicó Andreas Kardamakis, jefe del Laboratorio de Circuitos Neurales en la Visión para la Acción en el Instituto de Neurociencias (IN), un centro conjunto del Consejo Superior de Investigaciones Científicas (CSIC) y la Universidad Miguel Hernández de Elche. "Esto significa que la capacidad de analizar lo que vemos y decidir qué merece nuestra atención no es una invención reciente del cerebro humano, sino un mecanismo que apareció hace más de medio milenio de años".

El radar antiguo del cerebro para lo que importa

El colículo superior funciona como un radar incorporado, recibiendo señales directas de la retina antes de que lleguen al córtex. Ayuda a determinar qué partes de la escena visual son más importantes. Cuando algo se mueve, parpadea o entra de repente en el campo de visión, esta estructura reacciona primero, guiando los ojos hacia el nuevo estímulo.

Para explorar cómo se desarrolla este proceso, el equipo combinó herramientas avanzadas como optogenética, electrofisiología y modelado computacional. Al utilizar luz para activar vías retinianas específicas y registrar respuestas en cortes de cerebro de ratón, descubrieron que el colículo superior puede suprimir una señal visual central cuando el área circundante se activa, una característica definitoria del procesamiento centro-periferia. Este efecto fue respaldado por mapeo específico de tipos celulares y simulaciones computacionales a gran escala.

"Hemos visto que el colículo superior no solo transmite información visual, sino que también la procesa y filtra activamente, reduciendo la respuesta a estímulos uniformes y mejorando los contrastes", afirmó Kuisong Song, co-primer autor del artículo. "Esto demuestra que la capacidad de seleccionar o priorizar información visual está incrustada en los circuitos subcorticales más antiguos del cerebro". Estos resultados indican que los mecanismos que dirigen la atención están profundamente arraigados en la arquitectura cerebral antigua, mucho antes de la evolución de áreas corticales superiores.

Raíces evolutivas y significado cognitivo

Los hallazgos desafían la creencia tradicional de que el procesamiento visual complejo ocurre solo en el córtex. En cambio, apoyan un modelo jerárquico en el que las estructuras cerebrales antiguas manejan cálculos esenciales cruciales para la supervivencia, como detectar amenazas, seguir movimientos o evitar obstáculos.

"Entender cómo estas estructuras ancestrales contribuyen a la atención visual también nos ayuda a comprender qué sucede cuando estos mecanismos fallan", señala Kardamakis. "Trastornos como el déficit de atención, la hipersensibilidad sensorial o algunas formas de lesiones cerebrales traumáticas pueden originarse en parte de desequilibrios entre la comunicación cortical y estos circuitos fundamentales".

El equipo de investigación ahora está ampliando su trabajo a modelos animales vivos para estudiar cómo el colículo superior moldea la atención y controla la distracción durante el comportamiento orientado a objetivos. Al comprender cómo las distracciones visuales se traducen en acciones, los científicos esperan descubrir la base neurológica de la atención y su disfunción en la vida moderna, donde la sobrecarga visual es común.

Una colaboración internacional

Esta investigación representa una colaboración a gran escala entre el Karolinska Institutet, el KTH Royal Institute of Technology (Suecia) y el Massachusetts Institute of Technology (MIT, EE. UU.). También involucró a Teresa Femenía, investigadora en el IN CSIC-UMH, quien desempeñó un papel clave en el desarrollo del trabajo experimental.

Basándose en estos descubrimientos, Kardamakis y Giovanni Usseglio contribuyeron con un capítulo a la nueva serie Evolution of Nervous Systems (Elsevier, 2025), editada por JH Kass. Su trabajo amplía la perspectiva evolutiva, comparando sistemas visuales subcorticales entre especies. Muestran que estructuras análogas al colículo superior —encontradas en peces, anfibios, reptiles, aves y mamíferos— comparten un propósito común: fusionar información sensorial y motora para guiar la mirada y la atención.

Esta organización cerebral antigua, conservada durante más de 500 millones de años, se convirtió en la base sobre la cual el córtex evolucionó posteriormente sus funciones cognitivas superiores. "La evolución no reemplazó estos sistemas antiguos; se basó en ellos", explica Kardamakis. "Todavía dependemos del mismo hardware básico para decidir dónde mirar y qué ignorar".

Este trabajo fue apoyado por la Agencia Estatal de Investigación de España (Ministerio de Ciencia, Innovación y Universidades), el Programa Severo Ochoa para Centros de Excelencia, la Generalitat Valenciana a través del programa CIDEGENT, el Consejo Sueco de Investigación, la Fundación Sueca del Cerebro y la Fundación Olle Engkvist.

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