Ocular surface information seen from the somatosensory thalamus and cortex.

Un estudio proporciona la primera representación anatómica y funcional de la superficie ocular en el sistema nervioso central.

– El laboratorio Neurobiología ocular del Instituto de Neurociencias estudia los mecanismos moleculares y celulares que dan lugar a las diferentes sensaciones que se experimentan en la superficie del ojo.
– Este trabajo arroja luz sobre cómo se integra la información de estímulos sensoriales desde el sistema nervioso periférico a las redes corticales del cerebro.

(Foto: Mª Carmen Acosta, Juana Gallar y Enrique Velasco, investigadores del IN-UMH-CSIC.)

Las fibras nerviosas de la superficie del ojo están implicadas en muchos procesos fisiológicos relevantes, desde detectar y transmitir estímulos externos hasta mantener la integridad de la córnea. Sin embargo, la investigación sobre el sistema sensorial de la superficie ocular se ha centrado sobre todo en los axones periféricos de las neuronas del ganglio del trigémino, desconociéndose el procesamiento de la información en el sistema nervioso central. Ahora, un nuevo estudio realizado por el Instituto de Neurociencias (IN), centro mixto de la Universidad Miguel Hernández (UMH) de Elche y el Consejo Superior de Investigaciones Científicas (CSIC), junto al Hospital Nacional de Parapléjicos-SESCAM de Toledo, ha caracterizado, por primera vez, las neuronas del tálamo y la corteza cerebral que responden a la estimulación de la superficie ocular. El trabajo, publicado en la revista The Journal of Physiology, revela que a lo largo de la vía somatosensorial existen neuronas que son capaces de responder a distintos tipos de estímulos aplicados sobre la superficie del ojo y que su diversidad funcional aumenta a medida que se avanza desde el sistema periférico hacia niveles superiores del sistema nervioso central.

La superficie del ojo es sensible a estímulos externos que producen malestar como irritación, sequedad o sensación de arena en los ojos. A pesar de que estos son los síntomas más relevantes de muchas patologías oculares, en la actualidad se sabe poco sobre los circuitos del sistema nervioso central involucrados en estas percepciones: “Hasta hace relativamente poco, la sensibilidad y el dolor ocular no habían sido objeto de atención porque estos síntomas apenas existían en el campo de la oftalmología”, explica Juana Gallar, codirectora del laboratorio Neurobiología ocular del IN junto con Mª Carmen Acosta, que también ha participado en el estudio. “Ha sido la llegada de algunos cambios sociales como, por ejemplo, la presencia habitual de aire acondicionado en muchos lugares, los altos niveles de polución ambiental o la introducción de la cirugía refractiva, lo que ha llevado a poner el foco en este tema”, señala la investigadora.

El estudio muestra la precisa localización de las neuronas talámicas y corticales que reciben información de la superficie ocular y analiza cómo se integra la actividad provocada por los estímulos de distintos tipos, que se transmite desde las neuronas sensoriales del trigémino hasta el tálamo y, posteriormente, la corteza cerebral. “Hasta ahora se habían caracterizado las neuronas sensoriales primarias, que son las que están en el ganglio del trigémino, pero es la primera vez que se analiza qué estímulos activan las neuronas del tálamo y la corteza cerebral”, destaca el investigador Enrique Velasco, primer autor del artículo.

Neuronas multimodales
Los nervios periféricos que se encuentran en la superficie ocular están compuestos por axones de neuronas unimodales, que responden a una única modalidad de estímulo, y polimodales, que responden a estímulos de varias modalidades. Según describen los autores, existen distintos grados de multimodalidad sensorial, por lo que hay neuronas que se activan en respuesta a múltiples modalidades de estímulos y otras que responden a un número inferior.

Los investigadores han descubierto que, si bien en el sistema nervioso periférico, algunos nervios sensoriales actúan como detectores de una sola clase de estímulos, esa unimodalidad es prácticamente inexistente en el cerebro: “En los detectores de nuestro ojo, el frío, el calor y el tacto van totalmente por separado”, apunta Velasco y añade que: “Sin embargo, en el sistema nervioso central encontramos neuronas que responden a varios estímulos, lo que nos indica que la información de la periferia va convergiendo a medida que avanza por el sistema nervioso y va comparándose una con otra para dar lugar a las sensaciones conscientes que percibimos cuando nos exponemos a un estímulo”.

Además, los investigadores han observado que tanto el grado de multimodalidad de las neuronas como el porcentaje de neuronas altamente multimodales va aumentando a lo largo de la vía somatosensorial: es inferior en el trigémino, intermedio en el tálamo y máximo en la corteza cerebral. Esta distribución implica que estímulos diferentes pueden activar a una misma neurona y, al contrario, un mismo estímulo puede activar a muchas neuronas diferentes, por lo que las percepciones que producen están entremezcladas.

“En el caso de la piel podemos distinguir claramente entre un estímulo frío, caliente, mecánico, o de otro tipo. Sin embargo, en el caso de la córnea no somos capaces de describir las sensaciones con esa precisión. Esto se debe a que la mayoría de las neuronas que forman parte de la vía somatosensorial de la superficie ocular es multimodal y, por lo tanto, la información que recogen estos receptores en la superficie del ojo converge y se entremezcla a lo largo de la vía”, explica Gallar.

Para llevar a cabo este estudio, los investigadores se sirvieron de técnicas de electrofisiología, que permiten explorar la fisiología de los tejidos y las conexiones sinápticas en los seres vivos. Con el fin de observar la actividad trigeminal, talámica y cortical en respuesta a distintas modalidades de estimulación, los autores tomaron registros de ratas mientras les suministraban gotas oculares de diferentes temperaturas, lo que les permitió testar cinco modalidades sensoriales: frío intenso, frío ligero, temperatura neutra, calor ligero y calor intenso, este último capaz de provocar sensación de dolor.

Imagen de termografía por infrarrojo en una rata despierta. La temperatura media en el centro de la córnea es 34°C. IN-UMH-CSIC.

Respecto al significado evolutivo de estos resultados, los expertos consideran que: “La elevada diversidad funcional de estas neuronas oculares de la corteza cerebral garantiza que cualquier clase de estímulo que recibamos en los ojos produzca una percepción consciente”, indica Gallar, que concluye: “Esto nos permite mantener la alerta respecto a nuestros ojos para poder reaccionar con rapidez en el caso de estímulos dañinos y, además, poner en marcha mecanismos fundamentales para proteger la visión, como son el aumento de la producción de lágrimas y el propio parpadeo. La otra cara de la moneda es que no somos capaces de diferenciar los tipos de estímulo con precisión, ni de definir su exacta localización en la superficie ocular”.
En esta línea, Gallar explica que esta diversidad de neuronas constituye la base de las sensaciones tan características que se perciben en la superficie del ojo: “Cuando sentimos una molestia en la superficie ocular solemos decir que tenemos “algo” en el ojo (la llamada sensación de cuerpo extraño), sensación de arenilla, sequedad, etc., pero generalmente no utilizamos la palabra dolor, aunque en realidad lo que estamos haciendo es utilizar términos diferentes para describir las diferentes subclases de molestia y dolor que las neuronas de nuestra superficie ocular son capaces de procesar”, aclara la investigadora.

Este trabajo ha sido posible gracias a la financiación de la Agencia Estatal de Investigación-Ministerio de Ciencia, Innovación y Universidades, el programa ‘Una manera de hacer Europa’ del Fondo Europeo de Desarrollo Regional (ERDF), el programa ‘Invierte en tu futuro’ del Fondo Social Europeo (ESF), el programa Horizonte Europa de la Comisión Europea (Marie Skłodowska-Curie Actions) y el Programa PROMETEO de la Generalitat Valenciana.

Fuente: Instituto de Neurociencias UMH-CSIC (in.comunicacion@umh.es)