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SECCIÓN I. INTRODUCCIÓN
I.3. Fisiología de la visión y de la visión en color
Susana Noval Martín, Inés Contreras Martín, Mar González Manrique
1. CAPAS DE LA RETINA
La retina está compuesta por tres capas de cuerpos
neuronales y dos capas de sinapsis. La capa nuclear externa contiene los cuerpos de los fotorreceptores; la capa
nuclear interna, los de las células bipolares (CB), interplexiformes, horizontales y las células amacrinas y la
capa de células ganglionares de la retina (CGR), los de
éstas y los de células amacrinas. Todas estas neuronas están en íntimo contacto con unas células gliales denominadas células de Müller, cuya función principal es la de
soporte1.
Los axones de las células ganglionares constituyen la
capa de la retina más próxima al vítreo, mientras que los
fotorreceptores se extienden por encima del epitelio pigmentario de la retina (EPR) y la coroides. Los conos y
los bastones son las principales células fotosensibles, por
lo tanto la luz debe atravesar toda la retina para activarlos. Probablemente éste sea un mecanismo de protección, porque las CGR y algunas CB contienen pigmentos
como la luteína o la zeaxantina que protegen a las neuronas del estrés oxidativo. La concentración de estos pigmentos predomina a nivel central, dando lugar a la macula lútea.
Las capas nucleares están separadas por aquellas
donde se producen las sinapsis y constituyen los primeros eslabones de modificación de la señal luminosa. En
la capa plexiforme externa se establecen las conexiones
entre los fotorreceptores, las células bipolares y las células horizontales. A su vez, las CB conectan con las células ganglionares a nivel de la capa plexiforme interna.
Además, distintas variedades de células amacrinas horizontales y verticales intervienen en las conexiones para
regular e integrar las señales de las CGR. A nivel de la
capa plexiforme externa se procesa sobretodo información de tipo estática, mientras el movimiento se integra
principalmente en la capa plexiforme interna1.
na.1 Tanto la capa coriocapilar como los fotorreceptores
dependen del EPR, de modo que si este se destruye, ambas capas se atrofian.
Segmentos de los fotorreceptores – capa nuclear
externa
Los fotorreceptores son células altamente especializadas capaces de convertir la señal luminosa en un impulso nervioso mediante un proceso llamado fototransducción. Su labor consiste en transmitir la cantidad de
señal (quantes) y su sensibilidad a distintas longitudes de
onda a la capa plexiforme externa.
La porción más próxima al EPR de los fotorreceptores, denominada segmento externo, contiene un pigmento fotosensible por el que se diferencian los dos tipos
principales de fotorreceptores que existen, los conos y
los bastones. El pigmento visual de los bastones se denomina rodopsina y es muy sensible a bajas intensidades de
luz del espectro azul-verde (500 nm de longitud de onda)
permitiendo ver bajo condiciones de luz tenue u oscuridad (fig. 1). Los conos se clasifican en tres tipos según
su sensibilidad a diferentes longitudes de onda, determinada por la variedad de la proteína opsina del fotopigmento que contengan: larga, para los conos L sensibles a
la luz roja, con un pico de sensibilidad máximo a
564 nm; media, para los conos M que captan el espectro
de luz verde (533 nm); y cortas, para los conos S, sensibles a la luz azul (437 nm).
Los segmentos externos de los bastones están formados por entre 600 y 1.000 discos apilados donde se acumulan miles de moléculas de rodopsina; formadas por
una proteína llamada opsina y un cromóforo derivado de
Epitelio pigmentario de la retina
El EPR separa los segmentos externos de los fotorreceptores de la coroides, creando una barrera entre la circulación coroidea y la retina, pero permitiendo el intercambio de iones, agua y metabolitos. Además, aporta
soporte trófico a los fotorreceptores, fagocita los restos
de sus segmentos externos que se renuevan a diario, interviene como regulador de la inmunidad intraocular,
capta los radicales oxidativos y absorbe los excesos de
radiación gracias a la presencia de gránulos de melani-
Figura 1. El espectro electromagnético y sus regiones. Véase
la mínima parte del mismo que es visible al ojo humano.
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Patología y cirugía de la mácula
una enzima llamada RPE65, cuyas mutaciones dan lugar
a una variante de la amaurosis congénita de Leber3.
Los retinoides tienen una gran importancia al participar en el ciclo del fotopigmento y en el desarrollo del
ojo. En la forma de retinaldehido, es el cromóforo de la
rodopsina, y en forma de ácido retinoico, activa la transcripción de factores importantes en el desarrollo del ojo.
Ejerce un tercer papel, como neuromodulador de las células horizontales.
La distribución de los distintos fotorreceptores varía
a lo largo de la retina. La foveola está compuesta sólo por
conos sensibles a la luz roja y verde formando un mosaico hexagonal. No hay conos azules, probablemente para
reducir las aberraciones cromáticas. La densidad de los
conos azules es máxima en la pendiente que asciende
desde la foveola en la mácula, constituyendo la región
parafoveolar. Los bastones son los fotorreceptores más
abundantes y su pico de densidad máxima forma una circunferencia centrada en la fóvea a 4,5 mm de ésta. En la
retina periférica, los conos L y M se disponen de forma
regular rodeados de círculos de bastones, mientras que la
disposición de los conos S es más irregular1.
Figura 2. Sinapsis de los fotorreceptores en la capa plexiforme externa.
Capa plexiforme externa
la vitamina A llamado 11-cis retinol. El gen ABCA4 codifica el transportador transmembrana de la vitamina A
y sus mutaciones son las responsables de la distrofia macular de Stargardt y el fundus flavimaculatus2. El fotopigmento de los conos se acumula en las invaginaciones
de las membranas citoplásmicas y está formado por el
mismo cromóforo 11-cis retinol y tres variedades de opsinas1. Para poder regenerar el 11-cis-retinol, necesitan
Capa donde hacen sinapsis los fotorreceptores con
las células horizontales y las bipolares. Las terminaciones sinápticas de los fotorreceptores se denominan pedículos en los conos y esférulas en los bastones. Ambas
contienen una invaginación donde contactan con dos células horizontales y una célula bipolar, de tipo enana en
el caso de los conos y otra específica para los bastones.
Los conos, además, hacen sinapsis con dendritas de células bipolares en su superficie plana (fig. 2).
También existe una red de pequeñas proyecciones (telodendrias) que conectan a los conos entre sí y a los conos
con los bastones. Si registramos la actividad eléctrica en
los conos, se puede detectar un pico inicial de hiperpolarización rápido, seguido de una fase de hiperpolarización
lenta atribuible a los bastones. Esta transmisión de la señal
de los bastones a través de los conos, les permite transmitir su señal durante más tiempo. El sistema de conos azules o S, se encuentra más aislado, ya que su número de conexiones con otros fotorreceptores es muy inferior y hacen
sinapsis con un tipo específico de célula bipolar1.
Capa nuclear interna
Figura 3. Tipos de señal y neurotransmisores entre las principales células de la retina.
Esta capa contiene cuatro tipos de células, las horizontales, las bipolares, las amacrinas y las células de Müller. Dentro de las horizontales se distinguen dos tipos, las
HII que sinaptan con los tres tipos de conos y las HI que
contactan con bastones y con conos L y M. Conectan entre ellas mediante uniones gap (fig. 3). Las células horizontales envían señales de retroalimentación (feedback) a
los fotorreceptores que regulan la ganancia de su transmisión sináptica, y señales inhibitorias (feedfoward) a las cé-
I.3. Fisiología de la visión y de la visión en color
lulas bipolares4. Cuando las células horizontales se activan por un estímulo amplio, la señal inducida por puntos
en los conos aumenta en amplitud y en frecuencia. En
condiciones de oscuridad, la señal de los bastones, induce una hiperpolarización en las células horizontales, aumentando su sensibilidad a estímulos pequeños desde los
conos. Parece que las células horizontales integran las señales de las condiciones de luminosidad amplias e incrementan la ganancia para poder transmitir las señales desde los conos. Esta función de los conos se denomina
interacción bastones-conos supresiva. Esto permite que
en una luz tenue ambiental percibida por los bastones, se
perciban los puntos rojos percibidos por los conos como
estímulos más brillantes.
Las células horizontales constituyen el sustrato anatómico para los denominados campos receptivos espacialmente opuestos. El funcionamiento de la vía visual se
basa en la organización de los campos receptivos de las
neuronas de la retina en un centro y su periferia, dispuesta de forma anular y concéntrica, y su respuesta antagónica a un determinado estímulo. Las células horizontales
contactan con todos los conos que tienen al alcance de
sus abundantes dendritas, así como con varios bastones
situados a cierta distancia a través del axón. La longitud
y el grosor del axón aísla eléctricamente una parte de la
célula de la otra, separando dos compartimentos.
Las células bipolares son las encargadas de transmitir la señal desde los fotorreceptores a las CGR y las
amacrinas, y se extienden verticalmente desde la capa
plexiforme externa a la capa plexiforme interna. Existen
17 tipos, que se clasifican en ON y OFF, células enanas
y células difusas. Sólo hay un tipo que contacte con los
bastones a nivel de su invaginación. La CB para bastones
transmite la señal de éstos a las células amacrina AII, haciendo sinapsis a nivel de la sublámina b de la capa plexiforme interna.
Las células bipolares para conos pueden recoger la
información de múltiples conos (difusas) o de un solo
cono (enanas y específicas para los conos azules). También se clasifican según el lugar donde hagan sinapsis
con los conos. Las procedentes de la invaginación, terminan en la sublámina b de la CPI y producen potenciales
de acción cuando los centros de sus campos receptivos
son estimulados con la luz (ON). Las que contactan en la
superficie plana, se dirigen a la sublámina a y se inhiben
cuando la luz incide en su centro (OFF). Las células bipolares para bastones son las más numerosas al predominar sobre la población de conos fuera de la fóvea. En la
fóvea, cada cono sinapta sólo con dos CB enanas, una a
nivel de la invaginación y otra plana. El glutamato es su
principal neurotransmisor1.
Se han descrito hasta 50 tipos de células amacrinas,
que típicamente carecen de axón. La célula amacrina AII
transfiere la señal desde la célula bipolar a la ganglionar,
en la vía escotópica iniciada en los bastones. Las células
interplexiformes proyectan a ambas capas plexiformes y
contactan con las células amacrinas y las células bipolares.
Existen varios tipos de células gliales, pero las células
de Müller son las más numerosas. Éstas constituyen el so-
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porte de la arquitectura retiniana, rodean los cuerpos nucleares y los axones de la CGR e influyen en la composición del espacio extracelular que rodea a las neuronas1.
Capa plexiforme interna
En esta capa conectan las células bipolares, las amacrinas y las ganglionares. Se divide en cinco láminas,
siendo S5 la más próxima al vítreo y donde sinaptan las
CGR de los bastones con las células amacrinas AII. Las
CB de los conos hacen sinapsis en las capas S1-S4. Las
dendritas de las CGR con centro OFF ocupan las capas
S1-S2 (sublámina a) y las de la CGR-ON, las capas S3S5 (sublámina b). Existen CGR ON/OFF que se distribuyen por todas las capas.
Capa de células ganglionares y capa de fibras
nerviosas
La capa de células ganglionares es aquella donde residen los cuerpos de éstas celulas y sus axones, que forman la capa de fibras nerviosas, se dirigen desde todos
los puntos de la retina hacia el nervio óptico, para terminar principalmente en el núcleo geniculado lateral. Un
10% aproximadamente proyectan a estructuras subtalámicas que participan en la respuesta pupilar y de los ritmos circadianos. Los axones de las CGR no se mielinizan hasta atravesar la lámina cribosa en el nervio óptico.
El principal neurotransmisor que emplean las CGR es el
glutamato, aunque algunas contienen sustancia P.
Existen al menos 18 tipos distintos de CGR en la retina humana, pero los dos tipos principales son las células P o enanas, que proyectan a las capas parvocelulares
del núcleo geniculado lateral, y las células M o parasol,
que proyectan a las capas magnocelulares; ambas repartidas equitativamente entre centro ON u OFF.
Las CGR enanas suponen aproximadamente el 90%
del total. Proyectan una única dendrita a la CPI, donde se
ramifica en la capas a ó b, y hacen sinapsis sólo con células bipolares enanas procedentes de la mácula. A nivel
foveolar, la información procede de un solo cono, por lo
que transmiten los detalles de la forma y el color. Fuera
de la fóvea, donde reciben estímulos de más de una célula bipolar enana, disminuye su especificidad. Las CGR
parasol proyectan una o más dendritas a la CPI, donde se
ramifican horizontalmente a nivel proximal o distal.
Transmiten información relativa a los cambios y el movimiento.
2. CIRCUITOS FUNCIONALES DE LA RETINA
La retina tiene canales independientes para detectar la
aparición y desaparición de la luz denominados canales
ON y OFF. En estado de oscuridad, una corriente continua
de iones de sodio mantiene despolarizados parcialmente a
los fotorreceptores y éstos liberan L-glutamato que alcan-
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za a las neuronas de segundo orden (fig. 3). La corriente
basal en oscuridad se compone principalmente de sodio
(80%), pero también participan el calcio y el magnesio. El
calcio juega un papel importante al mejorar la capacidad
de los bastones para recuperarse tras la iluminación y regular su sensibilidad a la luz. Esto es esencial en la adaptación a la luz ambiental, para poder ver objetos bajo una
luz tenue o sobre la nieve en un día soleado.
La principal función de los fotorreceptores es convertir la energía luminosa en una señal eléctrica, fenómeno
denominado fototransducción. Aunque en ambos fotorreceptores el mecanismo es similar, se conocen más detalles sobre el proceso en los bastones. Al incidir un fotón de luz en los discos de los segmentos externos, la
rodopsina se isomeriza de 11-cis-retinoal a all-trans-retinol y se desencadena la cascada bioquímica que da lugar
al cierre de canales catiónicos CGRMP dependientes,
por lo que cesa la corriente de sodio, el bastón se hiperpolariza y se interrumpe la liberación basal de L-glutamato. La rodopsina se fosforiliza al incidir el fotón y esto
está regulado por una enzima denominada recoverina. En
pacientes con retinopatía asociada al cáncer (CAR) se
han detectado anticuerpos contra la recoverina, que mantienen a los fotorreceptores en un estado continuo de hiperpolarización5,6. Todos los fotorreceptores de la retina
se hiperpolarizan con la luz, pero en los conos la estructura de la opsina es distinta, dando lugar a un espectro de
absorción de luz diferente. Su sensibilidad a la luz es entre 100 y 1.000 veces inferior que la de los bastones, por
lo que son los bastones los que nos proporcionan la capacidad de ver de noche. Sin embargo, su velocidad de
respuesta es mucho más lenta que la de los conos.
Los fotorreceptores hacen sinapsis excitadoras con
las células horizontales. En condiciones de oscuridad, las
células horizontales de mantienen relativamente despolarizadas, pero cuando un estímulo luminoso estimula a los
fotorreceptores, se hiperpolarizan.
Las células bipolares son las primeras neuronas del
sistema visual que muestran organización espacial en
campos receptivos. El estímulo directo desde los fotorreceptores desencadena la respuesta del centro, mientras
que las células horizontales regulan la actividad de la periferia. Cuando los fotorreceptores se hiperpolarizan por
la luz y se reduce la liberación de glutamato, se producen
dos efectos distintos en las células bipolares según el tipo
de receptor que posean. Las CB para conos de centro
OFF, se hiperpolarizan mientras que las centro ON se
despolarizan; y conectan con células ganglionares del
mismo signo7. Las células bipolares de los bastones se
despolarizan. Las células bipolares despolarizantes son
la diana de los anticuerpos responsables de la retinopatía
asociada al melanoma (RAM)8.
La mayoría de las células ganglionares comparten las
siguientes propiedades. Están organizadas en campos receptivos con dos zonas anulares de respuestas opuestas,
al igual que las CB, gracias a la inhibición lateral que
ejercen las células horizontales en la capa plexiforme externa9. Responden a los cambios de la intensidad o la distribución de la luz a través de las células bipolares si-
Patología y cirugía de la mácula
guiendo un esquema similar tipo ON-OFF. Para ello, la
capa plexiforme externa se divide funcionalmente en
dos. Las dendritas de CGR de centro ON se ramifican en
la capa b y hacen sinapsis con las CB de tipo invaginado;
y las dendritas de las CGR centro OFF se ramifican en la
capa a y hacen sinapsis con las CB planas. El sistema es
relativamente asimétrico, pues en condiciones de luminosidad media, existe un tono de inhibición de la vía ON
sobre la OFF. En tercer lugar, se distingue entre células
ganglionares con respuestas tónicas y fásicas, que en general se corresponden con las tipo P (vía parvocelular) y
M (magnocelular) respectivamente10. Las tónicas tienen
campos receptivos pequeños, responden a los estímulos
de manera lenta y mantenida y la magnitud de la respuesta depende del área iluminada dentro de su campo receptivo (sumación espacial).
Las células ganglionares se clasifican en tres tipos,
centro ON, OFF y ON-OFF. Las CGR ON, responden
con un pico de descarga breve a la aparición de la luz y
mantienen la señal mientras dura el estímulo luminoso;
las CGR ON-OFF, sólo emiten descargas con el inicio y
el fin del estímulo; y las CGR OFF, que se mantienen
quiescentes hasta que el estímulo desparece y entonces
empieza su actividad eléctrica. El funcionamiento de la
unidad centro-periferia de las células ganglionares responde a un fenómeno conocido como máxima sintonización espacial. La respuesta central será mantenida sólo si
el estímulo tiene el tamaño considerado como óptimo
para esa célula; a medida que el estímulo se desplaza
desde el centro a la periferia la respuesta pasa a ser transitoria e incluso de signo contrario. Si se estimula la periferia, se inhibe la actividad central.
En general, el sistema parvocelular (células enanas)
transmite la información sobre la agudeza visual, el color y la estereopsis fina; mientras el magnocelular (células parasol) responde a un rango amplio de otros estímulos11. La respuesta de la vía magnocelular no depende de
la longitud de onda, sus campos receptivos son mucho
más amplios y no responden linealmente a la luz, es decir, la intensidad de su señal depende de los cambios y no
de la intensidad o la duración de los estímulos luminosos. Existe un tercer grupo de CGR-W, con campos receptivos amplios y latencia y velocidad de conducción
lentas. Algunas son selectivas para la dirección del movimiento.
La red neuronal que constituye la retina, está diseñada para proporcionar determinada cantidad de información, utilizando los mínimos recursos en espacio y energía. Como las imágenes están compuestas por más
contrastes oscuros que brillantes, la población de células
bipolares y ganglionares OFF duplica a las ON. Cada
punto en el espacio, está cubierto por tres campos de
dendritas de CGR, para así poder expandir los centros de
los campos receptivos y maximizar la información. La
visión se transmite a través de múltiple canales dispuestos en paralelo y a ritmo lento para poder mandar más información, ante la limitación de espacio y energía. Aún
así, determinada información como la velocidad de un
estímulo requiere un ritmo de transmisión rápido12.
I.3. Fisiología de la visión y de la visión en color
Vía de los bastones
Para incrementar la sensibilidad de la visión escotópica, se estima que cada CGR recibe la información de
unos 75.000 bastones, a expensas de una menor resolución. Los bastones contactan con un solo tipo de célula
bipolar, de tipo centro ON, y éstas hacen sinapsis en la
sublámina S5- b (ON) de la CPI con al menos dos tipos
de células amacrinas, la AII y la A17. De modo que todo
el flujo de información transmitido por los bastones es de
naturaleza ON.
Las células AII al recibir su señal excitadora, estimulan a las CB-ON de los conos a través de uniones gap (señal eléctrica), e inhiben a CB-OFF de los conos mediante la liberación de glicina (señal química). Las CB de los
conos, transmiten la señal a CGR correspondientes del
tipo ON u OFF. Las células A17 contactan con un gran
número de dendritas de células bipolares, lo que les permite integrar mucha información para establecer los niveles de sensibilidad de su área de control.
En la visión escotópica, los bastones alcanzan las
vías ON y OFF de las CGR a través de las células amacrinas AII, no de forma directa a través de CB. Esta distribución parece ser un mecanismo de conservación de
recursos, pues la población de bastones alcanza los 92
millones frente a los 5 millones de conos; y constituye un
proceso de integración de la señal visual, al dividirla en
dos canales de flujo de información, uno para detectar
objetos más luminosos que su fondo y otro para los objetos más oscuros13. También existen mecanismos para
captar el contraste de los objetos simultáneamente.
Vía de los conos
Los conos contactan con las CB y éstas con las CGR,
pero la transmisión de la información es más compleja
que en la vía de los bastones, por existir tres tipos de conos y por poder inducir en sus células bipolares reacciones de despolarización o de hiperpolarización según sean
sus centros ON u OFF. Las CB-OFF se despolarizan
cuando los conos con los que conectan perciben decrementos de luz.
El sistema parvocelular está organizado para obtener
la máxima resolución a partir de los conos de la fóvea,
mediante CB y CGR enanas14. La convergencia de este
sistema es escasa en general y ausente a nivel de la foveola, y se mantiene a nivel de las CGR que proyectan a
una sola neurona de las capas parvocelulares del CGRL.
En la periferia, las células bipolares enanas reciben información de hasta 12 conos y cada CGR, de hasta 1.500
bastones.
Las células ganglionares son procesadores complejos
de información visual. Las células están especializadas
para detectar distintas características sutiles de la imagen, como el color o la velocidad. Por ejemplo, pueden
ser selectivas para la sensibilidad al contraste o para detectar movimientos en su campo receptivo. También codifican los colores mediante un sistema antagonista cen-
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tro-periferia que se explicará más adelante10. Cada cono
L o M de la fóvea contacta con una CB enana ON y otra
OFF, que contactan con CGR ON y OFF respectivamente, independizando los canales para la visión rojo y verde14. Cada cono azul transmite a una sola CB ON específica para conos S y a una CB enana OFF. Las señales
emitidas por las CGR no siempre tienen una única interpretación y es el cerebro el encargado de elegir la apropiada en función de las señales recibidas desde otras células ganglionares.
3. CÉLULAS GANGLIONARES
FOTOSENSIBLES
Existe una pequeña población, inferior al 2%, de
CGR que son capaces de responder a la luz por si mismas al contener melanopsina12,15,16. El 30% de su estímulo procede de los conos y bastones a través de las células bipolares y el resto, por vía directa al estimular la
luz su propia melanopsina17. El espectro de sensibilidad
es amplio, con un pico máximo a 482 nm (longitud de
onda corta). Parte de sus de axones abandonan la vía visual aferente a nivel del quiasma posterior para acabar en
el núcleo supraquiasmático que regula los ritmos circadianos18. Estas células pueden sobrevivir y regular los
ritmos circadianos en pacientes amauróticos por enfermedades retinianas o del nervio óptico19.
Esta población fotosensible de CGR también proyectan al colículo superior y al núcleo pretectal olival e informan sobre la iluminación media que recibe la retina,
contribuyendo a los ciclos del sueño y los reflejos pupilares20,21.
El espectro de sensibilidad a la luz de estas células
está dentro de la gama de los azules y por ello la contracción pupilar es mucha más pronunciada cuando se ilumina a igual intensidad con una luz azul que con una luz
roja. De este modo, las pupilas de pacientes con una degeneración bastones-conos, no responden a luces azules
de baja intensidad (contribución de los bastones), moderadamente a la luz roja (de los conos) y con normalidad
a la luz azul intensa (actividad fotosensible intrínseca)22.
4. NÚCLEO GENICULADO LATERAL
Anatomía
El núcleo geniculado lateral (NGL) es una estructura ovalada situada posterior al tálamo, inferior y lateral
al pulvinar. Contiene tres estructuras: el núcleo dorsal
(NGLd), el complejo pregenicular y intergeniculate leaflet (IGL). El NGLd es la mayor de las tres subunidades
y representa el lugar de interconexión con la vía visual
consciente. Tiene seis láminas: las láminas 2, 3 y 5 reciben información sólo del ojo ipsilateral y las láminas 1,
4 y 6 del ojo contralateral (fig. 4). Además, las capas 1
y 2 reciben información exclusivamente de CGR magnocelulares y contienen cuerpos neuronales relativa-
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Patología y cirugía de la mácula
magnocelulares también llegan a la capa 4C. Ambas vías
envían también colaterales a la capa 4A, que a su vez envía colaterales retinotópicas de vuelta al NGLd26.
Fisiología
Figura 4. Estructura en láminas y conexiones del núcleo geniculado lateral dorsal.
mente grandes. Se les denomina láminas magnocelulares. Las capas 3 a 6 reciben información exclusivamente de CGR parvocelulares y contienen cuerpos neuronales relativamente pequeños: se les denomina láminas
parvocelulares. Cada célula magnocelular contacta con
muchas más células en el NGLd que las parvocelulares,
de tal forma que el número de neuronas de conexión de
las vías magnocelular y parvocelular es similar, a pesar
de que existe un número mucho mayor de células parvocelulares. Cada lámina está dividida también en subláminas ON y OFF23.
El complejo pregenicular es una estructura relativamente fina, con múltiples capas, que se extiende sobre
las caras lateral y medial del NGLd. El complejo pregenicular recibe información de la retina y de las cortezas
estriada y extraestriada y tiene conexiones extensas con
el colículo superior y el núcleo pretectal del tracto óptico. Las neuronas del complejo pregenicular presentan
una actividad relacionada con los movimientos sacádicos
y podrían estar relacionadas con la supresión de la percepción visual durante las sacadas24.
El IGL es una fina capa celular que separa el NGLd
del complejo pregenicular. Se cree que interviene en el
control fotoperiódico a través de sus proyecciones al
tracto genículo-hipotalámico24.
Cada NGLd recibe un mapa retinotópico preciso del
hemicampo visual contralateral, con una rotación de
unos 90 grados, de tal forma que los axones de la retina
superior se encuentran lateralmente y los de la retina inferior medialmente. La vía corticotalámica es la principal fuente de información no retiniana25. También se
orienta topográficamente de tal modo que las regiones de
la corteza estriada que representan una región retiniana
en particular proyectan a células del NGLd que también
representan esa localización. Otras aferencias proceden
del tronco del encéfalo y de las regiones pontinas.
Las neuronas del NGLd envían la mayoría de sus
axones a la corteza estriada, principalmente a la capa
granular 4. Las proyecciones de las capas parvocelulares
llegan a la porción inferior de la capa 4 (4C) y en algunos casos a la capa 4A. Las proyecciones de las células
Las neuronas de relevo del NGLd son aquellas que
reciben información de las CGR y la proyectan a las cortezas visuales, casi exclusivamente al área V1. Las propiedades receptivas de estas neuronas son similares a las
de las CGR. Las células de relevo del NGLd tienen (a)
centros circulares receptores rodeados de una zona inhibitoria (b) centros receptores cuyo área aumenta al aumentar su excentricidad en el campo visual y (c) la misma dicotomía ON y OFF que presentan las CGR. Las
neuronas del NGLd sin embargo, presentan selectividad
de orientación, algo de lo que carecen las CGR. Esta selectividad de orientación puede deberse a la forma de los
árboles dendríticos de las células de relevo27.
El antagonismo vecino de las neuronas de relevo del
NGLd es mayor que el de las CGR que sinaptan con
ellas. Esta respuesta circundante se cree que es debida a
la inhibición que ejerce la corteza visual sobre el NGLd.
Las vías corticogeniculadas que modulan las respuestas
espaciales, temporales y de paso de las neuronas del
NGLd son tanto inhibitorias como excitadoras.
Otra característica de la fisiología del NGLd es la
respuesta reducida al contraste visual. Las CGR responden a un estímulo de intensidad creciente con un incremento monotónico de su ritmo de disparo. De este modo,
la frecuencia de disparo de la CGR codifica la intensidad
del estímulo. Sin embargo, las células de relevo del
NGLd responden con menos energía que las CGR a un
estímulo de la misma intensidad. Esta respuesta no lineal podría proteger a las células de la corteza de la saturación de la respuesta.
Muchas células del NGLd responden a estímulos más
complejos que las CGR. Aproximadamente un 40% de
las células del NGLd son sensibles a la orientación y el
20% a la dirección de un estímulo en movimiento. Los
estímulos auditivos y táctiles, el estiramiento de los músculos oculares y los movimientos sacádicos también influyen en las respuestas del NGLd.
Hay distintos tipos de neuronas de transmisión para
las dos vías principales de información retiniana. Para la
vía magnocelular, existen dos tipos de neuronas de relevo
y un tipo de interneurona. Para la vía parvocelular, existe
un tipo de neurona de relevo y un tipo de interneurona28.
La influencia que ejerce el NGLd sobre la transferencia de información visual depende de al menos 3 factores:
la información retiniana, las neuronas locales de interconexión y la información aferente procedente de zonas
corticales y subcorticales. De hecho, más del 80 % de las
sinapsis dentro del NGLd no proceden de la retina.
La vía retinogenicular es excitatoria para las neuronas de relevo del NGLd, que son mucho más numerosas
que el número de axones de las CGR. La mayoría de las
neuronas de relevo recibe un estímulo intenso de una o
I.3. Fisiología de la visión y de la visión en color
dos CGR, y estímulos menores de otras CGR. Sin embargo, la información que envía el NGLd a la corteza visual primaria es convergente. Esta arquitectura permite
que un ramillete de CGR actúen sobre un número reducido de células de relevo del NGLd, que a su vez modulan las respuestas de un número todavía menor de células corticales en las que convergen.
Cualquier estímulo visual altera la actividad de una
población de CGR. Las señales de estas células tendrán
más probabilidades de conseguir la transmisión a través
del NGLd si la señal aferente procede de células con un
solapamiento sustancial de su campo receptor y de fisiología similar. La activación prácticamente simultánea de
neuronas retrogeniculares adyacentes incrementa en gran
medida la eficiencia en la transmisión de estímulos a través del NGLd.
Como se ha mencionado anteriormente, las neuronas
de relevo del NGLd tienen respuestas antagonistas de
proximidad relativamente intensas. Una iluminación retiniana más difusa tiene más probabilidades de activar estas zonas antagonistas, lo que disminuye la eficiencia en
la transmisión al cortex. Dicho de otro modo, el NGLd
acentúa el detalle espacial de lo percibido al incrementar
las posibilidades de que atributos más pequeños del estímulo lleguen al córtex.
La influencia de las interneuronas locales en la transferencia de información dentro del NGLd es especialmente intensa. Las interneuronas representan una proporción importante (25-35%) de todas las neuronas del
NGLd. Los axones entrantes de las CGRR sinaptan con
estas neuronas, que liberan GABA e inhiben a las neuronas de relevo. Esta inhibición diminuye la transmisión de
señales a la corteza.
Las señales aferentes procedentes del área V1 de la
corteza visual se encuentran organizadas retinotópicamente con respecto a las células del NGLd. Esta vía de
retroalimentación corticogenicular, que es significativamente mayor que la vía geniculocortical, emplea glutamato y aspartato como neurotransmisores, ejerciendo de
este modo un efecto excitador sobre el NGLd. Esta excitación aumenta el ritmo de descarga y la eficiencia en la
transmisión de información. La misma vía corticogenicular pasa por el núcleo pregenicular y contacta con neuronas que envían un estímulo inhibitorio a través de las
mismas neuronas del NGLd. Este feedforward se cree
que es el responsable de la tendencia de las neuronas del
NGLd de transmitir impulsos generados por líneas rectas
relativamente largas, comparada con la preferencia de las
CGR a estímulos circulares.
5. RADIACIONES ÓPTICAS
Se extienden desde el NGLd hasta la corteza visual
primaria (V1 de la corteza estriada, área 17 de Brodman)
en el lóbulo occipital. Las radiaciones ópticas se encuentran divididas en tres haces. Los haces superior y central
pasan posteriormente a través de los lóbulos temporal y
parietal para alcanzar el lóbulo occipital. El haz inferior
37
(asa de Meyer) inicialmente discurre anteriormente, superior a y alrededor del cuerno temporal del ventrículo
lateral. Después gira lateral y posteriormente para alcanzar la corteza estriada. El haz central, el mayor, transmite las proyecciones maculares. Los haces superior e inferior transmiten la información de las regiones inferior y
superior del campo visual, respectivamente. Lesiones en
el asa de Meyer producen una cuadrantanopsia homónima superior parcial29.
6. ÁREAS VISUALES CORTICALES
Área cortical V1
La corteza visual primaria está situada a lo largo de
las zonas superior e inferior de la fisura calcarina, lo que
corresponde al área 17 de Brodman. Se denomina corteza estriada por la presencia de una banda prominente de
fibras mielinizadas denominada estría de Gennari, que
establece conexiones horizontales dentro de la corteza.
Las radiaciones ópticas del NGLd representan la principal fuente de aferencias del área V1. Las tres vías principales de la retina (parvocelular, magnocelular y koniocelular) se mantienen independientes en el NGLd, pero
existe cierta convergencia de las mismas en el área V1.
El área V1 también recibe información del pulvinar y de
otras regiones corticales30.
Las neuronas de la corteza visual son básicamente de
dos tipos: piramidales y no-piramidales. La corteza visual está dividida en 6 láminas: la capa 1, la más superficial, contiene pocas neuronas y está compuesta principalmente de astrocitos fibrilares; se encuentran también
microglia y oligodendrocitos. La capa 2 contiene células
piramidales pequeñas, muchas con axones cortos o con
axones que ascienden y se dividen dentro de la capa 1. La
capa 3 contiene células piramidales de tamaño mediano
y pequeño, con células granulares más profundas. Esta
capa parece ser la principal zona de proyección desde el
área V1 a las cortezas de asociación visuales. La zona 3C
contiene principalmente células granulares y aloja la estría de Gennari. Estas neuronas reciben información de
la vía magnocelular a través de la capa 4· y están sintonizadas con la orientación, aunque una población celular
menor es selectiva para la direccionalidad. Estas células
proyectan sobretodo al área 5. Las células piramidales de
la capa 3C reciben información de las vías parvo y magnocelular y proyectan principalmente al área V2.
La capa 4 es una lámina relativamente grande; es el
principal receptor de las proyecciones geniculocalcarinas, que hacen sinapsis en células estrelladas que tienen
una topografía uniforme radial. La capa 4 conforma una
serie de conexiones intracorticales con áreas como la 3
que después proyectan a la corteza asociativa visual. La
información de la vía parvocelular del NGLd llega a las
capas 4‚ y 4ctr.
La capa 5 contiene células piramidales de distintos
tamaños, incluyendo las células piramidales gigantes de
Meynert. Proyecta a los núcleos supraquiasmático, pulvi-
38
nar y al colículo superior. La capa 6 contiene neuronas de
mediano tamaño, la mayoría de las cuales están implicadas en el circuito de feedback al NGLd.
La mayoría de las células de la corteza estriada reciben información o bien de la vía magnocelular o de la
parvocelular a través del NGLd. Sin embargo, esta idea
de dos vías paralelas no es real; una proporción importante de neuronas recibe información de ambas vías, incluso en algunos casos de la vía koniocelular. Estas neuronas responden tanto al color como a la luminancia y
pueden proporcionar información sobre los límites entre
regiones de diferente color. Otras neuronas del área V1
que responden exclusivamente al color no son muy sensibles a la localización espacial y por lo tanto pueden
proporcionar información sobre la fluctuación del color
en una determinada zona.
Las principales proyecciones del área 4 son a las áreas V2 o V5. Algunas neuronas emiten proyecciones a ambas áreas. Los axones que proyectan a la zona V5 provienen de zonas «parcheadas» y proporcionan información
del sistema koniocelular. En general, los campos receptivos de las neuronas que proyectan hacia otros lugares
desde la corteza estriada son menores que los de las células que proyectan a la corteza estriada, lo que sugiere
que la corteza estriada está organizada para acentuar la
detección del detalle fino espacial.
La mayoría de las proyecciones entrantes de otras regiones del cerebro llegan a las capas superficiales de la
corteza estriada, que luego conectan con la capa 4. Las
proyecciones de feedback emergen de las regiones más
profundas de la corteza estriada y se extienden a las capas 1 y 6. Las proyecciones de feedback son más divergentes, en parte porque son vehiculadas a través de neuronas con proyecciones múltiples que se extienden a más
Figura 5. Campos receptores selectivos para la orientación.
Patología y cirugía de la mácula
de un área, y en parte porque emergen de zonas más extensas. De este modo, los patrones de interconexión son
complejos y denotan su importancia en el proceso de la
visión. Por ejemplo, las conexiones de feedback pueden
incrementar la atención o sincronizar las respuestas que
ligan las distintas características de una imagen.
Fisiología
En general, las propiedades del campo receptor de las
neuronas corticales son diferentes y más complicadas
que las de los campos receptores circulares encontrados
en la retina y el NGLd. Esto puede resultar chocante
dado que existe una conexión monosináptica entre las
aferencias del NGLd y la capa 4 de neuronas del área V1.
La complejidad de la red de feedforward y las conexiones intra e intercorticales al área V1 son presumiblemente responsables de esta fisiología compleja.
Existen varios tipos de células: simples, complejas e
hipercomplejas. Los campos receptivos de las células
simples, como las CGR o las del NGLd, tienen respuestas
ON u OFF, cada una con una región antagónica circundante. Al contrario que las CGR, los campos receptores
de las células simples son lineales en vez de circulares, lo
que explica la elevada sensibilidad de estas células a rayos de luz largos y afilados. Las células simples también
son selectivas a la orientación, es decir, responden mejor
a una línea orientada en un ángulo en particular (fig. 5).
La respuesta de las células simples se incrementa en proporción a la longitud del estímulo, hasta el límite del campo receptor. Las columnas adyacentes de células simples
presentan un cambio progresivo en su orientación preferida. La mayoría de estas células simples se encuentran en
la capa 4.
Las células complejas son sensibles a la orientación y
al movimiento. Responden de forma poco consistente a
estímulos estacionarios pero con intensidad a estímulos
en movimiento orientados en su ángulo preferido. Las
respuestas son específicas en dirección y también están
influidas por la velocidad del estímulo. Como las células
simples, la respuesta de las células complejas es proporcional al tamaño del estímulo hasta llegar al límite del
campo receptor. Al igual que las CGR o las células del
NGLd, tanto las células simples como las complejas presentan respuestas espaciales o temporales que puede ser
sostenidas o transitorias. Las células complejas, que son
más numerosas que las simples, se encuentran por encima o por debajo de la capa 4.
Las células hipercomplejas o de parada final también
responden proporcionalmente a la longitud del estímulo,
pero su respuesta disminuye cuando el estímulo alcanza
el límite de la región de activación de su campo receptor.
Este efecto se debe a una zona circundante inhibitoria. Al
contrario de lo que ocurre en las células simples y complejas, la estimulación exclusiva dentro de la zona antagonista de una célula de parada final no altera la respuesta de la célula. Las células de parada final se encuentran
por encima y por debajo de la capa 4.
I.3. Fisiología de la visión y de la visión en color
Las regiones antagonistas de las células corticales
son sustancialmente mayores que los de las CGR o del
NGLd. Estas regiones circundantes relativamente grandes parecen deberse al feedback de otras regiones corticales, especialmente de las áreas V2, V3 y V5.
Estos grupos de células de la corteza estriada están
organizadas en columnas, dentro de las cuales las células
muestran una preferencia consistente por la orientación
del estímulo con campos receptores muy similares. Columnas adyacentes contienen células con cambios secuenciales de unos 10° en las orientaciones preferidas.
Un conjunto completo de columnas de orientación define la extensión espacial de un píxel para un ojo; a esto se
le denomina una columna de dominancia ocular. Inmediatamente adyacente se encuentra una columna de dominancia ocular para el ojo adelfo31. Una hipercolumna
es una pareja de columnas de dominancia ocular, cada
una con su conjunto completo de columnas de orientación y blobs de citocromo oxidasa. Hay varios cientos de
hipercolumnas a lo largo de la corteza estriada.
Binocularidad y columnas de dominancia ocular
La corteza visual primaria integra información visual
de ambos ojos. Aunque las células simples de la corteza
estriada pueden recibir información bien de un ojo o de
ambos, las células complejas y las de parada final reciben
solamente información binocular, que es casi idéntica.
Dada la localización de estas células, casi todas las células de la capa 4C son monoculares, mientras que más de
la mitad de las células de las capas 2, 3, 5 y 6 son binoculares. Las células especializadas que responden a la disparidad horizontal de un estímulo se encuentran dentro de
la representación foveal de V1 y de las representaciones
parafoveales de V1 y V2. Dentro de esta zona de respuesta parafoveal, aproximadamente el 20% de las células responden exclusivamente a la disparidad vertical y lo hacen
con una mayor resolución espacial que las células que responden a la disparidad horizontal. Este mayor control de
la disparidad vertical binocular puede ser la razón por la
que es relativamente poco frecuente la presencia de estrabismo congénito vertical en posición primaria.
Las columnas adyacentes que reciben información
específica de un ojo conforman las columnas de dominancia ocular. La citocromo oxidasa es un marcador para
áreas con actividad metabólica elevada. Las regiones con
tinción positiva contienen blobs, regiones ovaladas con
una tinción más marcada, organizadas en filas alineadas
con las columnas de dominancia ocular.
Recientemente se ha demostrado que la ambliopía por
deprivación tiene una base molecular: se producen cambios en el receptor post-sináptico de glutamato NMDA.
La actividad retiniana del ojo débil no alcanza el córtex
visual con tanta potencia como lo hace la del ojo sano.
Este desequilibrio origina una cascada de cambios bioquímicos que conduce a una menor expresión del receptor postsináptico de glutamato y a una menor transmisión
sináptica32.
39
Aspectos psicofísicos
La mayor parte de la corteza estriada humana representa solamente la región central del campo visual33. De
hecho, los 10 grados centrales del campo visual son subservidos por al menos el 50-60% de la corteza estriada y
los 30 grados centrales son representados por el 80% de
la corteza visual. La amplia zona dedicada a la visión
central explica el hecho de que los potenciales evocados
visuales en patrón sean esencialmente un reflejo de la actividad macular. La representación cortical de la mácula
es lo suficientemente grande como para abarcar los territorios vasculares de la arteria cerebral posterior y de la
arteria cerebral media, lo que puede explicar el fenómeno del respeto macular que ocurre en pacientes con defectos en el campo visual secundarios a lesiones del lóbulo occipital.
Transmisión del color: Área cortical V2
El área V2 (que corresponde con el área 18 de Brodmann) se encuentra dentro del lóbulo occipital, adyacente al área V1. Es la más grande de las áreas visuales extraestriadas, y la primera región a lo largo de la vía visual
aferente en la que hay convergencia entre la información
de la retina y el pulvinar. Aunque esta información termina en áreas diferentes, la densa red de interconexiones
locales en las capas 2 y 3 pueden integrarlas. La mayor
parte de la información retinocalcarina al área V1 pasa al
área V2 antes de ser distribuida a otras zonas.
Dentro de V2, la mayoría de las neuronas son selectivas para la orientación y la mitad son selectivas al color.
La información de los dos ojos ha convergido para cuando llega a V2 y las neuronas de profundidad dentro de las
regiones de estrías gruesas responden a la disparidad retiniana espacial. De hecho la evaluación de la disparidad
retiniana espacial puede ser uno de los principales papeles de V2. Las diversas funciones están segregadas en
tres zonas de V2: las regiones pálidas, las regiones con
escasa tinción con citocromo oxidasa y las regiones con
elevada tinción con citocromo oxidasa. Estas regiones
responden básicamente al color, la orientación y la disparidad retiniana respectivamente. Las zonas con tinción de
citocromo oxidasa reciben información del pulvinar.
Muchas células del área V2 responden a más de una
característica visual, lo que sugiere que se lleva a cabo
una cierta integración visual. Por ejemplo, se encuentran
células de color con respuestas complejas (células de color binoculares con repuesta a la orientación) o células
con funciones mixtas de color y disparidad.
Comparados con V1, los campos receptores son mayores en V2 y las células responden a estímulos espaciales menores. Sin embargo, las células selectivas a la direccionalidad son escasas en el área V2, lo que sugiere
que la información sobre movimiento soslaya el área V2
en ruta hacia V5.
El área V2 se encuentra estrechamente relacionada
con el área V3 en el mismo lado del cerebro y también
40
proyecta ispsilateralmente a V4 y V5. También se conecta a través del cuerpo calloso con el área V2 contralateral. Esta conexión callosa conecta topográficamente las
mitades opuestas del campo visual homónimo entre el
meridiano vertical y la línea isopolar de 45 grados. Las
conexiones entre el área V1 y el V2 se producen entre células a la misma profundidad cortical y se organizan retinotópicamente. El área V2 proyecta y recibe información de las áreas de asociación prefrontales, sensoriales,
motoras y auditivas; la ínsula y con el lóbulo temporal
anterior. El área V2 contribuye con fibras corticotectales
y corticomesencefálicas al colículo superior; estas fibras
pueden estar implicadas en la iniciación de los movimientos verticales u oblícuos lentos.
Las lesiones de las zonas V2 y V3 producen cuadrantanopsias homónimas34. Las pérdidas del campo visual
en el meridiano horizontal se explican por el alineamiento mutuo de la representación del meridiano horizontal
del campo visual en la intersección de V2 y V3. Las lesiones de V2 pueden producir un defecto selectivo en la
percepción de la dirección del movimiento de primer orden (es decir, la variación temporal y espacial de la luminancia de una escena), incluso con un área V5 intacta35.
Áreas corticales V3 y V3A
La información sobre las características y funciones
del área V3 es todavía limitada. El área V3d (dorsal) está
conectada principalmente con el área V1. El área V3, relativamente pequeña (representa aproximadamente la
mitad del área V2), se encuentra adyacente al límite entre las áreas 18 y 19 de Brodmann.
El área V3 también presenta una organización retinotópica. Topográficamente, las áreas V2 y V3 son imágenes en espejo la una de la otra. La fóvea queda representada en la zona de yuxtaposición de los campos superior
e inferior de V2 y V3. El área V3 proyecta principalmente al pulvinar y al cerebro medio.
Dentro del área V3, el 76% de las neuronas son selectivas a la orientación, mientras que un 40% son selectivas a la dirección. La mayoría de las neuronas de V3 están optimizadas para discriminar la velocidad del
estímulo, lo que otorga a esta área una gran sensibilidad
para la detección de movimiento, como el área 5. La resonancia magnética funcional revela que el complejo V3
es activado por movimiento de segundo orden (es decir,
modulación de frecuencia o contraste, no de luminancia)36. Además, la mitad de las neuronas del área V3d son
sensibles al color, de forma similar a lo que ocurre en el
área V3v (ventral). La mayoría de las neuronas del área
V3 son binoculares.
Se cree que el área V3d es parte de la vía dorsal que se
especializa en la detección del movimiento, mientras que
el área V3v formaría parte de la vía ventral especializada
en el reconocimiento de las formas. Las neuronas de ambas regiones tienen respuestas similares a las del área V2
(es decir, responden al color, el objeto, el movimiento y el
espacio). La representación de cada capa del área V3 es
Patología y cirugía de la mácula
sólo de un cuadrante del campo visual (p.e. el área V3d representa sólo el campo visual contralateral inferior).
El daño completo al área V1 silencia todas las respuestas de las neuronas del área V2 y casi todas las del área V3
a estímulos visuales. Sin embargo, una parte de las neuronas del área V3 puede responder a estímulos fotópicos incluso tras la ablación completa de V1 y V2. El área V5
también permanece activa incluso sin información de V1.
Este hecho demuestra que reciben información de otras
vías además de la retinocalcarina. La vía alternativa más
probable es información procedente del pulvinar.
Vías dorsal y ventral
Actualmente se cree que existen dos vías principales
de información de las áreas V1 y V2 a las otras cortezas
de asociación37. La vía dorsal, dividida en sectores dorsomedial y dorsolateral, se cree que está relacionada
principalmente con dónde están los objetos y cómo pueden ser manipulados. La vía ventral se cree que está relacionada principalmente con la detección de las formas,
aunque la detección de movimiento de segundo orden (es
decir, variación de contraste en profundidad de una escena espaciotemporal pero sin cambios en luminancia) o el
movimiento biológico pueden verse afectados por lesiones en esta vía. Las vías dorsal y ventral de información
no tienen límites anatómicos precisos.
El área de la corteza visual inmediatamente rostral a V3
se denomina V6. Se encuentra entre las áreas V3 y V4, en
los surcos lunar y parieto-occipitales. El área V6 tiene conexiones recíprocas con las áreas V1, V2, V3, V5, MST y
otras áreas sensorimotoras38. De esta forma, el área V6
puede distribuir la información de la corteza V1 a través de
las cortezas sensorimotoras del lóbulo parietal y asistir en
la coordinación de las labores visuomotoras. La mayoría de
las células de V3 y V6 reciben información binocular. Los
campos receptores son mayores en las áreas V3 y V6 que
en V2. La corteza medial extraestriada del área V6 y regiones circundantes representa una fuente importante de información de la corteza estriada a los núcleos del puente. El
área V6 está muy mielinizada, al igual que el área V5.
Justo dorsal al área V6 se encuentra una región conocida como V6A, estrechamente interrelacionada con el
área V6. El área V6A contiene algunas neuronas que no
responden a estímulos visuales. Son células de posición
real que representan orientación con respecto a los campos receptores craniotópicos. Estas neuronas son activadas por movimientos intencionales de los brazos, incluso
en la oscuridad. Las áreas V6 y V6A responden de forma
muy similar a la orientación y la dirección del movimiento del estímulo visual y sus células reaccionan de forma
similar al movimiento ocular.
El área V6A recibe información de las regiones V6 y
V5. Se cree que su función es guiar la actividad del sistema musculoesquelético en el espacio extrapersonal.
Las lesiones del área V6A pueden explicar la incapacidad de los pacientes con síndrome de Balint de alcanzar
correctamente objetos que pueden ver y describir 39.
I.3. Fisiología de la visión y de la visión en color
Área cortical V5
El área cortical V5 (MT) es la más pequeña de las
áreas visuales. Se trata de una zona ovalada, localizada
en la unión de las áreas 19 y 37 de Brodman. El área V5
recibe información directa pero escasa de la corteza estriada y del área V2, así como de V3d, V3v, MST y del
pulvinar. Si se bloquea la actividad del área V1 la actividad de V5 se ve reducida pero no abolida40.
El 90% de las neuronas del área V5 son selectivas a la
dirección; esta área parece ser la principal región cortical
encargada del procesamiento de la dirección del movimiento del estímulo. La información que llega de V1 al
área V5 es selectiva direccionalmente y parece reflejar el
movimiento de regiones individuales dentro de una escena visual más que el movimiento de toda la escena. El
área V5 puede realizar un análisis de orden superior del
movimiento, analizando patrones de movimiento de los
datos específicos que recibe de cada píxel del espacio visual. Aproximadamente un tercio de las neuronas de V5
son direccionalmente selectivas a los patrones de movimiento. A un menor nivel, el área V3 puede desempeñar
funciones similares, así como otras áreas del cerebro.
Se considera que la vía magnocelular es el principal
circuito para el procesamiento del movimiento. La información que se envía por fibras muy mielinizadas del área
V1 al V5 dentro de la vía dorsal llega rápidamente al lóbulo parietal, incluso antes de que un objeto se fije con
precisión. Este tiempo de respuesta extraordinario puede
ser importante para generar la atención al estímulo visual.
La resonancia magnética funcional proporciona información acerca de las respuestas corticales al movimiento41. Las áreas V1 y V2 responden bien a todos los
estímulos en movimiento. Las áreas 3D y 3v tienen una
respuesta mucho mayor al movimiento de segundo orden
(modulación del contraste o del flicker, con luminancia
constante) que al de primer orden (cambios espaciotemporales en la luminancia) comparado con las áreas V1 y
V2. El área V5 participa en ambos tipos de procesamiento del movimiento.
La capacidad de detectar movimiento incluso en zonas «cegadas» por lesiones del área V1 es consistente con
la presencia de vías paralelas para la detección de movimiento. La vía dorsomedial incluye el área V6; la dorsolateral incluye el área V5 así como la corteza vestibular
parietoinsular. La resonancia magnética funcional ha demostrado que el área V6 es activado principalmente por el
movimiento coherente de campo amplio, mientras que el
área V5 es activada principalmente por el movimiento
dentro de un área limitada del campo visual o por diferentes movimientos en zonas diferentes del campo visual.
Estas dos vías pueden proporcionar información sobre el
movimiento del propio cuerpo a través de la vía dorsomedial y sobre el movimiento de objetos mediante la vía dorsolateral. Personas con lesiones del área V6 experimentan
dificultades en los ajustes posturales y al caminar, posiblemente porque el área V6 es importante para conocer la
dirección y velocidad del movimiento corporal en el entorno. Los pacientes con lesiones bilaterales de las vías
41
ventrales pueden ver y describir el movimiento, lo que les
diferencia de los pacientes con akinetopsia cerebral, pero
tienen dificultades para reconocer objetos o personas en
movimiento. En cambio, no tienen dificultades con estímulos visuales estacionarios42.
Área cortical V4
La detección visual de la forma de un objeto precisa
de la integración de las respuestas neuronales de pixeles
de la escena visual que engloba el objeto de la mirada. La
integración visual para definir la forma parece ocurrir
dentro de la vía visual ventral, que recibe información
principalmente de las áreas V1 y V2. Un paso intermedio
a lo largo de la vía ventral ocurre en el área V4. Las neuronas del área V4 responden principalmente a la forma, el
color y la textura del estímulo visual; codifican la forma
en relación a las características del límite de los objetos.
Sus respuestas varían en función de la localización y la
angulación de los contornos dentro de la imagen del objeto. El cerebro parece emplear un método de representación basado en las partes del objeto; las distintas poblaciones de V4 responden de forma distinta a cada uno de
los elementos estructurales específicos del objeto. Las
neuronas del área V4 responden a una gran variedad de
formas, aunque su respuesta máxima se produce frente a
una forma limítrofe colocada en una posición específica
dentro de un objeto. El área V4 también puede ser importante en la respuesta a objetos dentro de un campo de estímulos similares que tienen un contraste relativamente
bajo, menor tamaño o un movimiento más lento43.
Área TE
El punto final de la vía ventral para el reconocimiento de formas se encuentra en la región anterior del área
cortical inferotemporal, el área TE. Esta área puede estar
implicada en el reconocimiento visual de objetos complejos. El reconocimiento de objetos puede derivarse de
la activación de combinaciones específicas de columnas
corticales, cada una de las cuales responde a diferentes
aspectos espaciales de la forma del objeto. Tienden a responder mejor frente a objetos poco complicados espacialmente. La complejidad de un objeto puede derivarse
de la combinación de regiones activadas e inactivas. Por
ejemplo, algunos objetos con formas geométricas relativamente sencillas activan un mayor número de columnas
corticales dentro del área TE que otras formas más complejas. Existen otras neuronas menos comunes en el área
TE que responden más específicamente a objetos de una
forma determinada. Por ejemplo, algunas células de TE
responden particularmente bien a caras o manos, mientras que otras responden a imágenes más globales del
cuerpo humano. El reconocimiento de objetos puede verse facilitado por la presencia de una subpoblación de células (aproximadamente un tercio del total) que responde
selectivamente a estímulos tridimensionales. El área TE
42
Figura 6. Variedad de colores percibidos por un sistema divariante que sólo utiliza conos L y S.
tiene importantes conexiones con la región temporal medial, lo que puede proporcionar un sustrato para la memoria visual44.
7. LA VISIÓN DEL COLOR
La visión del color es una ilusión creada por las
interacciones de miles de millones de neuronas en nuestro cerebro. Se produce a partir de la utilización de dos
propiedades de la luz: la energía y la longitud de onda
(http://webvision.med.utah.edu/Color.html).
El espectro de la luz visible al ojo humano se encuentra entre las longitudes de onda de 400 y 700 nm aproximadamente. Longitudes más cortas formarían parte de la
radiación ultravioleta, que es absorbida por el segmento
anterior del ojo y apenas alcanza los fotorreceptores.
Más allá de los 700 nm se encuentra la radiación infrarroja, que aunque penetra el ojo con facilidad, tiene una
energía cuántica demasiado pequeña para activar las opsinas (fig. 1). Los experimentos de Newton ya demostraron que la luz solar es una mezcla de longitudes de onda
distintas, pero todo se complicaba por la existencia de
colores extraespectrales, como el púrpura –que conectaba ambos puntos extremos del espectro visible– o el marrón. Incluso el rojo puro no se encuentra en ninguna parte de dicho espectro. Más aún, es interesante que un
mismo tono espectral pueda obtenerse mediante múltiples combinaciones de luces de distintas longitudes de
onda, combinaciones llamadas metámeros45.
La percepción del color en la retina
Si viajamos a través de la evolución, la visión debió
de comenzar con la detección de la luz y la oscuridad por
los organismos. Así, las sombras debieron de ser el principal estímulo para la detección de movimientos y objetos. Sin embargo, un mundo donde los seres vivos fueran
sólo capaces de distinguir entre luz y oscuridad era todo
un hándicap. Por ello, el color debió aparecer pronto en
la escala evolutiva, y era preciso que existieran al menos
dos tipos de conos y que cada uno respondiera mejor a
una parte del espectro visible. De esta forma, además del
sistema de conos original (L) que permitía distinguir la
Patología y cirugía de la mácula
luz de la oscuridad y que era más sensible a las longitudes de onda largas (región amarillo-verde), se desarrolló
un segundo sistema (S) más sensible a las longitudes de
onda corta (región azul-violácea)46.
Por consiguiente, para distinguir tanto luz-oscuridad
como color existían dos circuitos neuronales paralelos,
uno responsable del contraste acromático y otro del contraste cromático. El primero era un circuito de alta resolución espacial que era capaz de comparar cono a cono,
mientras que el segundo comparaba respuestas de grupos
de conos de onda larga con grupos de conos de onda corta en la misma área retiniana. De este modo, la unidad de
contraste acromático o energético es mucho menor que la
de contraste cromático. Estamos ante una visión cromática divariante, que está presente en muchas especies
animales y también en la mayor parte de los humanos
con alteraciones en la visión del color. En ella, el cerebro
debe hacer dos comparaciones: primero compara las señales de onda corta y larga de la misma área retiniana y
luego las compara con áreas vecinas para detectar bordes
de contraste cromático (fig. 6).
Hasta aquí hemos descrito una visión cromática basada en dos tipos de conos, pero la visión cromática humana depende de tres. Esto añade una dimensión adicional
para crear rojos y verdes. Esta modificación evolutiva se
desarrolló en los primates para mejorar la supervivencia:
los frutos eran así más fácilmente distinguibles entre las
hojas que los rodeaban. La naturaleza dividió el sistema de
longitudes de onda largas en dos sistemas similares con
sensibilidades espectrales ligeramente diferentes y opsinas
muy parecidas. El gen de la opsina L se duplicó por sí mismo y uno de los genes apareados desarrolló polimorfismos para absorber más allá de la región de longitudes de
onda largas del espectro. El cono L original se convirtió
así en un cono M, cuya opsina era más sensible al amarillo-verde, y en un cono L sensible al amarillo-rojo, una
longitud de onda aún más larga que la original. De este
modo, la parte más brillante y amarilla del espectro visible
quedó dividida en dos bandas cromáticas, una verde y la
otra roja. El brillo debilita el contraste acromático, por eso
para la identificación de objetos cuyos tonos están comprendidos en esta zona del espectro (rojos y verdes) es fundamental la posesión de tres tipos de conos (fig. 7).
Los genes L y M se encuentran en el cromosoma X, en
la posición Xq28, en una secuencia correlativa. Por lo general, el gen L está presente en una copia única, mientras que
existen una o más copias del gen M inmediatamente después del L. La raza caucásica tiene más copias de este gen
M que la raza negra o la asiática y el significado de tener un
mayor o menor número no se conoce con certeza. Pero independientemente del número de copias del gen M, en cada
fotorreceptor sólo se va a expresar el primer gen (que como
dijimos es el L) o la primera copia del gen M. El gen L es
expresado en mayor proporción de conos que el gen M, por
lo que el mosaico retiniano está formado por más conos L
que M en la mayoría de individiduos (en una relación de
hasta 16:1). La selección de la expresión hacia una opsina L
o una M se produce durante el desarrollo, y son varias las
teorías que han intentado explicar el mecanismo de dicha
I.3. Fisiología de la visión y de la visión en color
43
Figura 8. Localización de los genes para las opsinas L, M y S;
las dos primeras en el cromosoma X y la tercera en el cromosoma 7. Del gen M pueden existir una o más copias, aunque
sólo se expresará la primera de ellas.
Figura 7. Absorción de las distintas longitudes de onda por los fotorreceptores de la retina humana. En azul, verde y rojo, curvas de
los conos S, M y L, respectivamente. En gris, curva de absorción de
los bastones. Sobre cada una de las curvas se expresa la longitud de
onda a la que la absorción de cada pigmento es máxima.
selección, aunque ninguna definitiva. Por otro lado, el proceso de recombinación de genes es el que origina genes híbridos que determinan la diferente sensibilidad al color de
cada individuo, basándose en las distintas propiedades de
las opsinas resultantes. Es también esta recombinación la
que da lugar a la pérdida de fragmentos génicos que ocasionarán a su vez la pérdida o deterioro de una estirpe de conos concreta. En este caso el individuo será dicrómata (protán o deután, según el caso); o incluso monocrómata de
conos azules si se pierden ambas líneas L y M46.
A diferencia de las opsinas L y M, la opsina S es
prácticamente invariable entre distintos individuos y su
secuencia génica se encuentra en el brazo largo del cromosoma 7. También la proporción entre conos S y L+M
en la retina humana es constante (fig. 8).
La división del canal de conos de onda larga en dos
dio lugar a cuatro canales de onda larga en el sistema tónico: dos para las señales on y off amarillo-rojizas y dos
para las señales on y off amarillo-verdosas. En la fóvea,
las mismas células enanas que contactaban sólo con conos L empezaron a contactar con conos M o con conos
L. El sistema fásico, que no participaba en la visión del
color, mezcló las señales de ambos conos en la misma
célula bipolar on u off, y mantuvo sus dos canales originales. En el córtex, las señales de los canales tónicos de
conos L y de los canales de conos M se usan de nuevo
para detectar contraste acromático (energía) y cromático
(longitud de onda) (fig. 9).
Estamos ahora ante una visión cromática trivariante,
que permite mezclar los dos sistemas paralelos rojo-verde
y azul-amarillo para producir colores no espectrales como
el magenta o el azul turquesa. Y la forma en que esta organización trivariante funciona es la siguiente: en primer
lugar, las señales de ambos conos de onda larga (M y L)
son comparadas entre sí y si hay una diferencia significativa entre ellas, habrá una diferencia de tono hacia rojo o
verde, pero si no hay diferencia entre ellas, el detector irá
hacia la comparación divariante con el sistema S; y si en
esta última tampoco se detectan diferencias, la señal se interpretará como blanca, gris o negra (fig. 10).
Figura 9. Variedades de células ganglionares y bipolares que
vehiculan las señales cromáticas en un sistema trivariante.
Desgraciadamente, el concepto de color es algo mucho más complejo. Son varios los atributos que lo determinan: el tono se define por el contraste entre longitudes
de onda; la saturación, por la mezcla del tono con blanco, gris o negro; y una tercera cualidad es la luminosidad, que es menos evidente que los otros dos. El amarillo y el blanco tienden a ser brillantes, y el azul y el negro
tienden a ser oscuros. Esta diferencia también queda reflejada en los sistemas on y off de los conos de onda larga. Siempre que el sistema on está activo, los amarillos y
los blancos tienden a ser percibidos y a ser brillantes.
Cuando está activo el sistema off, los negros y los azules
son más fácilmente percibidos y tienden a ser oscuros.
De manera adicional, hay otras cualidades de la imagen,
como la textura y el brillo, que también contribuyen al
color, como ocurre con el plateado y el dorado.
Teorías sobre la percepción del color
Históricamente, Thomas Young enunció en 1802 una
teoría tricromática sobre la visión del color, desarrolla-
Figura 10. Principales colores producidos por la visión trivariante en los primates. Véase la combinación de señales on y off
para dar lugar a los distintos tonos.
44
Figura 11. Teoría tricrómica de Young-Helmholtz. Existen tres
receptores al color que transmiten directamente su información
al cerebro.
da con mayor profundidad por Helmholtz en 1866, y basada en la existencia de tres elementos sensibles al color
en la retina, hecho que fue demostrado un siglo después
en los estudios celulares y electrofisiológicos que aislaron los distintos tipos de fotorreceptores y opsinas y sus
correspondientes modos de activación47 (fig. 11).
Sin embargo, en 1872 Ewald Hering publicó una interesante teoría llamada la teoría oponente del color.
Hering se preguntaba por qué determinados colores no
pueden percibirse juntos, y que no existieran, por ejemplo, el amarillo azulado o el verde rojizo. Tampoco la teoría tricromática podía explicar el fenómeno de las postimágenes, imágenes coloreadas en negativo percibidas
tras la observación de determinados colores (por ejem-
Figura 12. Teoría de los procesos opuestos de Hering. Existen
tres canales de transmisión de la imagen y el color.
Patología y cirugía de la mácula
plo, rojo después de verde y amarillo después de azul).
La teoría oponente, así, enunciaba la presencia de tres canales de transmisión de la información cromática: rojoverde, azul-amarillo y blanco-negro (fig. 12).
Los múltiples estudios llevados a cabo en primates revelaron en los años 60 la existencia de células excitadas
por el rojo e inhibidas por el verde, o viceversa y células
que se excitaban por el azul y se inhibían por el amarillo.
Adicionalmente había células que se excitaban o inhibían
por todas las longitudes de onda. Estas células se identificaron con cada uno de los canales de Hering, pero medio siglo después este enfoque se demostró erróneo.
Las células excitadas por luz roja e inhibidas por verde, o a la inversa, comprenden en realidad cuatro tipos
celulares diferentes: dos grupos son células de centroON y dos de centro-OFF. Un grupo tiene centros de cono
L-ON u OFF, y el otro tiene centros de cono M-ON u
OFF. Las células con centros de cono L reciben señales
antagonistas de los conos M en la periferia de su campo
receptivo. Las células con centros de cono M reciben señales antagonistas de los conos L en la periferia de su
campo receptivo. El problema para identificar estas células como el canal rojo-verde de Hering es que la oposición depende de la geometría del estímulo: los estímulos
grandes sí se asemejan al canal oponente, pero los pequeños que se centran en un campo receptivo no, es decir, no
hay oposición para ellos. Un segundo problema es que se
supone que la célula de centro verde-off contribuye tanto al rojo como la célula de centro rojo-ON. Y en tercer
lugar, en los estudios electrofisiológicos celulares se ha
visto que sólo una fracción de células es realmente inhibida por el rojo y excitada por el verde o a la inversa.
Muchas son más excitadas por la luz amarilla o blanca
que por otros colores (fig. 13).
En este sentido, es necesario destacar también el papel modulador de las interneuronas retinianas. Los conos
reciben estímulos desde las células horizontales (CH), generando un antagonismo entre estos fotorreceptores mediado por CH activadas por conos M y L simultáneamente. Hay al menos dos variedades de CH de conos. Una
variedad, HI, sólo contacta con conos L y M; la otra, HII,
contacta con los tres tipos de conos. Las CH de conos reciben un estímulo excitatorio de dichos conos y envían de
vuelta una señal inhibitoria hacia ellos, en un feedback
negativo. Esto permite controlar la sobreconducción de
los conos por grandes gradientes de energía en espacio y
tiempo. El feedback negativo sólo entra en acción por estímulos fuertes que afectan a grandes grupos de conos vecinos. Esto también potenciaría el contraste espectral o
cromático. Las células amacrinas actúan de un modo parecido, pero en la capa plexiforme interna.
En cuanto al canal azul-amarillo de Hering, también
se ha puesto en duda su existencia a nivel retiniano. La
anatomía ha revelado que la señal excitatoria de los conos S utiliza una única CGR biestratificada, organizada
para ser excitada por conos S y excitada también por respuestas off de conos de onda larga. Pero la existencia de
CB-off específicas de conos S es cuestionable. Los co-
I.3. Fisiología de la visión y de la visión en color
45
nos S tienen escaso efecto en la luminosidad pero gran
influencia en el color (fig. 13).
Finalmente, el modelo actualmente aceptado para el
procesamiento del color es la llamada teoría de las etapas. Esta teoría incorpora los modelos de Hering y de
Young-Helmholtz, pero de forma correlativa: la primera
fase se produce a nivel de receptores, basada en la presencia de tres fotopigmentos (fase tricromática); y la segunda, la constituyen los procesos neurales postreceptor
donde ocurre la oposición entre colores. Esta segunda
fase ocurre precozmente, y se mantiene y decodifica en
las estructuras anatómicas posteriores a la retina.
La visión del color más allá de la retina
El núcleo geniculado lateral
Existe una estratificación y separación de señales a lo
largo y ancho de esta estructura, de modo que los canales paralelos procedentes de la misma retina se separan a
diferentes alturas. El sistema acromático de CGR fásico
va a las capas magnocelulares, una para cada ojo. Los
sistemas enano y enano-like de CGR que transmiten señales acromáticas de alta resolución y señales rojo-verde
se proyectan a cuatro capas parvocelulares, dos por cada
ojo. El sistema S, involucrado en el azul-amarillo, va a
las capas koniocelulares.
Figura 13. Células ganglionares con oposición al color. El
sexto tipo no ha sido demostrado.
las células simples, con campos receptores lineales y selectivas a la orientación; las células complejas, sensibles
a la orientación y al movimiento; y las células hipercomplejas o de parada final. Aunque inicialmente sólo se
describieron estos grupos celulares para el contraste
acromático, se ha descubierto la existencia de células similares encargadas del procesamiento del color. De este
modo, ambos grupos, cromático y acromático, participarían en la visión de las formas de los objetos. Esto crea
dos visiones distintas del mismo objeto que pueden ser
fusionadas del mismo modo que se fusionan dos vistas
estereoscópicas para ver un objeto en profundidad. La
El córtex estriado
Michael descubrió en 1977 en el córtex visual del
macaco que existen zonas que contienen neuronas que
presentan un comportamiento de doble oposición. Estas
zonas se denominan blobs48,49. Es importante recordar
que la doble oposición no puede realizarse en un estadio
más precoz, porque la dedicación al contraste cromático
no puede hacerse hasta que la información acromática
sea extraída de los canales tónicos de conos M y L. El
contraste acromático de alta resolución involucra a poblaciones mayores de neuronas localizadas fuera de los
pequeños blobs que son acromáticas y están orientadas.
Para el canal de onda corta no es precisa la decodificación, puesto que sólo transmite color.
Las células enanas y enanas-like que proyectan desde
las capas parvocelulares del geniculado lateral hacen sinapsis en la capa 4C-beta, desde la cual salen axones que
proyectan hacia los blobs a nivel de la capa 3. El sistema
S, desde las capas koniocelulares del NGL, envía sus
axones directamente a dichos blobs también dentro de la
capa 3. El hecho de que haya una sinapsis intermedia en
las neuronas procedentes de las capas parvocelulares parece deberse a que por aquí se vehiculan señales cromáticas y acromáticas que van a empezar a segregarse a este
nivel estriado (fig. 14).
Como ya hemos descrito anteriormente, en el córtex
estriado se ha demostrado la presencia de tres tipos celulares responsables de la decodificación de la señal visual:
Figura 14. Estructura del córtex estriado y llegada de las vías
procedentes del núcleo geniculado lateral. Los blobs reciben
aferencias de neuronas que transmiten color.
46
presencia del grupo dedicado al contraste acromático, de
alta resolución, es muchísimo mayor que la del otro45.
Las áreas visuales superiores
El conocimiento actual de la fisiología de la visión
del color más allá del córtex estriado es muy básico, debido a la dificultad para excitar células corticales en el
mono anestesiado.
Las áreas blob de V1 parecen proyectarse a slabs de células en V2, que a su vez proyectan a globs en V4. Dentro
de estas tres áreas interconectadas se procesa el contraste
cromático. Y las áreas adyacentes dedicadas al contraste
acromático se encargan de determinar la saturación y el
brillo de los colores. Se sabe que varios blobs proyectan a
un slab y que varios slabs proyectan a un solo glob50,51. El
reconocimiento de colores se incrementa con el tamaño del
objeto (cuando sobrepasa 20° de ángulo visual). Bajo condiciones ideales de luminosidad somos capaces de reconocer hasta un millón de colores diferentes. Es posible que los
colores más básicos determinados por células únicas en los
blobs sean utilizados después para construir colores de orden superior. Según uno va desarrollando más experiencia
con los colores, las neuronas van aprendiendo a distinguir
más matices. Personas especialmente dedicadas a tareas relacionadas con el color, como los pintores o los fotógrafos,
podrían incluso adquirir células únicas sensibles a un color
particular, mientras que otras personas dependerían de las
fastidiosas interacciones para determinar ciertos tonos.
Para terminar, hemos de recordar que uno de los hechos fundamentales de la fisiología del córtex visual es la
proporción relativamente pequeña de células que tienen
selectividad a las longitudes de onda, esto es, al color. Esto
sugiere que la mayor parte de la maquinaria del córtex visual se dedica al reconocimiento de formas más que a la
visión cromática. La definición exacta de todos los circuitos implicados está aún por realizar, y sin duda la parte
más desconocida se halla en las áreas visuales superiores.
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