36.14: Visión - Transducción de Luz

La luz se transduce en bastones y conos; la información visual se procesa en la retina antes de ingresar al cerebro.

Objetivos de aprendizaje

• Explicar el procesamiento retiniano y el proceso de transducción de luz

Puntos Clave

• Cuando la luz incide sobre el fotorreceptor, la retina cambia de forma, lo que activa el fotopigmento rodoposina.
• Los primates tienen visión a todo color debido al sistema de tres conos (tricromáticos); el color es resultado de la relación de actividad de los tres tipos de conos.
• Hay tres tipos de conos con diferentes fotopsinas: los conos S responden a ondas cortas; los conos M responden a ondas medias; los conos L responden a la luz a las ondas largas.
• Si la luz no está presente, las neuronas son inhibidas por bastones y conos; una vez que se introduce la luz, los bastones y conos se hiperpolarizan, lo que activa las neuronas.
• Las neuronas activadas estimulan las células ganglionares, que envían potenciales de acción a través del nervio óptico.
• Las células horizontales pueden crear inhibición lateral, lo que mejora el contraste claro y oscuro en las imágenes.

Términos Clave

• actividad tónica: cuando los fotorreceptores se vuelven ligeramente activos incluso cuando no son estimulados por la luz
• rodopsina: un pigmento sensible a la luz en las células bastonciformes de la retina; consiste en una proteína opsina unida al retinal carotenoide

Transducción de Luz

Los bastones y conos son el sitio de transducción de la luz en una señal neural. Tanto las varillas como los conos contienen fotopigmentos, que son pigmentos que sufren un cambio químico cuando absorben la luz. En los vertebrados, el fotopigmento principal, la rodopsina, tiene dos partes principales: una opsina, que es una proteína de membrana (en forma de un cúmulo de hélices αque abarcan la membrana); y retinal, una molécula que absorbe la luz. Cuando la luz golpea un fotorreceptor, provoca un cambio de forma en la retina, alterando su estructura de una forma doblada (cis) de la molécula a su isómero lineal (trans). Esta isomerización de la retina activa la rodopsina, iniciando una cascada de eventos que termina con el cierre de los canales de Na ⁺ en la membrana del fotorreceptor. Así, a diferencia de la mayoría de las otras neuronas sensoriales (que se despolarizan por la exposición a un estímulo), los receptores visuales se hiperpolarizan y se alejan del umbral.

Figura\(\PageIndex{1}\): Receptores visuales hiperpolarizados: Cuando la luz incide con la rodopsina, se activa la proteína G transducin, la cual a su vez activa la fosfodiesterasa. La fosfodiesterasa convierte el cGMP en GMP, cerrando así los canales de sodio. Como resultado, la membrana se vuelve hiperpolarizada. La membrana hiperpolarizada no libera glutamato a la célula bipolar.

Figura\(\PageIndex{1}\): Rodopsina: (a) La rodopsina, el fotorreceptor en vertebrados, tiene dos partes: la proteína transmembrana opsina y retiniana. Cuando la luz incide sobre la retina, cambia de forma de (b) una forma cis a una trans. La señal se pasa a una proteína G llamada transducin, desencadenando una serie de eventos aguas abajo.

Codificación tricromática

Hay tres tipos de conos (con diferentes fotopsinas) que difieren en la longitud de onda a la que son más sensibles. Algunos conos responden al máximo a ondas de luz cortas de 420 nm; se llaman conos S (“S” para “corto”). Otros conos (conos M, para “medio”) responden al máximo a ondas de 530 nm. Un tercer grupo (conos L, o conos “largos”) responde al máximo a la luz de longitudes de onda más largas a 560 nm. Con un solo tipo de cono, la visión del color no sería posible; un sistema de dos conos (dicromático) tiene limitaciones. Los primates utilizan un sistema de tres conos (tricromático), lo que resulta en una visión a todo color.

Figura\(\PageIndex{1}\): Células bastoneras y cónicas: Las células bastoncillas humanas y los diferentes tipos de células cónicas tienen una longitud de onda óptima Sin embargo, existe un solapamiento considerable en las longitudes de onda de la luz detectada.

El color que percibimos es resultado de la relación de actividad de nuestros tres tipos de conos. Los colores del espectro visual, que van desde la luz de longitud de onda larga hasta la corta son:

• rojo (700 nm)
• naranja (600 nm)
• Amarillo (565 nm)
• verde (497 nm)
• Azul (470 nm)
• índigo (450 nm)
• violeta (425 nm).

Los humanos tienen una percepción muy sensible del color y pueden distinguir alrededor de 500 niveles de brillo, 200 tonalidades diferentes y 20 pasos de saturación; en total, alrededor de 2 millones de colores distintos.

Procesamiento de retina

Las señales visuales salen de los conos y bastones, viajan a las células bipolares, y luego a las células ganglionares. Un gran grado de procesamiento de la información visual ocurre en la propia retina, antes de que la información visual se envíe al cerebro.

Los fotorreceptores en la retina experimentan continuamente actividad tónica. Es decir, siempre están ligeramente activos incluso cuando no son estimulados por la luz. En las neuronas que exhiben actividad tónica, la ausencia de estímulos mantiene una velocidad de disparo en equilibrio; mientras que algunos estímulos aumentan la velocidad de disparo desde la línea base, otros estímulos disminuyen la velocidad de disparo. En ausencia de luz, las neuronas bipolares que conectan bastones y conos a células ganglionares son inhibidas continua y activamente por los bastones y conos. La exposición de la retina a la luz hiperpolariza los bastones y conos, eliminando la inhibición de sus células bipolares. Las células bipolares ahora activas a su vez estimulan las células ganglionares, que envían potenciales de acción a lo largo de sus axones (que dejan el ojo como nervio óptico). Así, el sistema visual se basa en el cambio en la actividad retiniana, más que en la ausencia o presencia de actividad, para codificar señales visuales para el cerebro. En ocasiones, las células horizontales transportan señales de una varilla o cono a otros fotorreceptores y a varias células bipolares. Cuando una varilla o cono estimula una célula horizontal, la célula horizontal inhibe los fotorreceptores más distantes y las células bipolares, creando inhibición lateral. Esta inhibición agudiza los bordes y mejora el contraste en las imágenes al hacer que las regiones que reciben luz parezcan más claras y los entornos oscuros aparezcan más oscuros. Las células amacrinas pueden distribuir información de una célula bipolar a muchas células ganglionares.