2.9: Vías Auditivas y Visuales

El sistema nervioso nos permite detectar cambios en el ambiente y reaccionar ante ellos. Un estímulo externo es detectado por un receptor, que envía información sensorial al sistema nervioso central, donde se procesa. Si se inicia una respuesta motora, generalmente implica una serie de potenciales de acción que producen contracción muscular y movimiento en una o más partes del cuerpo. Un reflejo es la reacción de estímulo-respuesta más simple. Un sonido fuerte o algo volando a tu ojo te hace parpadear, mientras que un toque en el tendón debajo de la rótula produce el reflejo de la rodilla (o miotáctico).

Figura 1. Una sección transversal de la médula espinal que muestra la sinapsis única entre las neuronas sensoriales y motoras involucradas en un reflejo miotáctico. Imagen de Marta Aguayo CC BY 3.0.

Un reflejo simple como el reflejo miotáctico se produce a través de sinapsis individuales entre axones sensoriales y neuronas motoras. El circuito requerido para este reflejo está confinado a la médula espinal, como se muestra en la Figura 1. La información sensorial también asciende a centros superiores, pero el cerebro no es necesario ni se requiere para realizar el reflejo. Los reflejos más complejos suelen involucrar (inter) neuronas adicionales y más de una población de neuronas motoras. Así, están involucradas más neuronas y sinapsis, lo que suele resultar en un mayor retraso entre el estímulo y la respuesta y, a menudo, una respuesta más compleja. Un ejemplo de una respuesta tan compleja es el reflejo de retirada de flexión, donde un estímulo nocivo a una pierna provoca la retirada de la pierna estimulada y la extensión de la otra.

Reflejos visuales y auditivos y tiempos de reacción

Ahora que entendemos la transmisión neuronal y las sinapsis involucradas en los reflejos básicos, podemos comenzar a preguntarnos cómo se ensamblan las células nerviosas en estructuras más complejas como piscinas, circuitos y vías. El estímulo en el sistema nervioso ejerce sus efectos sobre células especiales llamadas receptores. Estas células se modifican para responder a “información externa” en lugar de a entradas sinápticas de otras células nerviosas. La información externa puede tomar la forma de luz que entra en nuestros ojos; de deformación mecánica a las células en la cóclea o vestíbulo por ondas sonoras o de presión; o de productos químicos, como en nuestro sentido del olfato o del gusto. En todos estos casos, el efecto del estímulo es producir una señal eléctrica en los receptores y en consecuencia una modificación en la velocidad de liberación de neurotransmisores en sus terminales.

Los sistemas visual y auditivo trabajan por separado y en combinación entre sí para informar y guiar las acciones internas y externas del cuerpo. A veces las respuestas a la luz o al sonido son simples y se consideran reflejos. Otras vías contienen más neuronas y requieren más procesamiento en los centros cerebrales superiores.

Los reflejos auditivos abarcan reflejos iniciados por estímulos auditivos. Cuando se requiere enfoque, los reflejos auditivos bloquean instantáneamente frecuencias de sonido innecesarias, y cuando se requiere conciencia auditiva general, los reflejos auditivos amplían el acceso a la frecuencia de sonido para garantizar que el sistema nervioso central esté provisto de toda la información que necesita para responder adecuadamente. Otros reflejos auditivos implican respuestas motoras involuntarias al sonido, como el reflejo de orientación (giro involuntario de la cabeza para localizar la fuente de un sonido inesperado) y el reflejo de sobresalto (un reflejo protector innato).

El sistema visual distingue variaciones en forma, color, brillo, movimiento, ayudando a distinguir personas, lugares y cosas familiares de desconocidos, para determinar la ubicación relativa y detectar entrada visual importante para la función diaria y la supervivencia general. Los reflejos visuales se ajustan instantáneamente a partir de la entrada visual estática y dinámica que está cerca o lejos, bloqueando la entrada visual extraña cuando se requiere concentración visual y enfoque, mientras se mantiene alerta a la entrada visual inusual importante para el funcionamiento productivo y la seguridad general. Si bien los sistemas sensoriales visuales y auditivos proporcionan al cuerpo acceso a formas únicas de entrada de estímulos, también trabajan juntos para coordinar la información de “ver-audición” y con cada uno de los otros sistemas sensoriales para informar y priorizar la entrada para que el sistema nervioso central guíe y dirija la acción en respuesta a condiciones siempre cambiantes. Debido a una serie de problemas los sistemas auditivo y visual pueden volverse hipersensibles o hiposensibles o simplemente no funcionar.

Vías neuronales para la visión

La percepción de la luz entrante comienza cuando los fotones son detectados por los fotorreceptores de la retina (bastones y conos). En la vía más simple, los fotorreceptores sinapsan con células bipolares, que luego sinapsan con las células ganglionares retinianas que salen de la parte posterior del ojo como el nervio óptico (nervio craneal II).

Los dos nervios ópticos salen de cada ojo en el disco óptico y se combinan en la base del cerebro justo frente al tronco encefálico para formar el quiasma óptico (Figura 2). En el quiasma óptico, la mitad de los axones de cada ojo cruzan, o se decusan, al otro lado del cerebro. Observe en la siguiente figura que la entrada desde el campo visual izquierdo golpea la retina nasal (lado más cercano a la nariz) del ojo izquierdo y la retina temporal (lado más cercano al lado de la cabeza) del ojo derecho. De igual manera, la entrada desde el campo visual derecho golpea la retina nasal del ojo derecho y la retina temporal del ojo izquierdo. Por lo tanto, ambos ojos reciben información de ambos campos visuales.

En el quiasma óptico, los axones que se originan en las células ganglionares nasales se cruzan hacia el lado opuesto, mientras que los axones que se originan de las células ganglionares temporales permanecen en el lado de origen. El resultado es que después del quiasma óptico, toda la entrada del campo visual derecho viaja en axones en el lado izquierdo del cerebro, y toda la entrada del campo visual izquierdo viaja en axones en el lado derecho del cerebro.

Aunque los axones siguen siendo los de las células ganglionares, después del quiasma óptico los axones viajan en lo que se llama el tracto óptico. Las células ganglionares terminan en un núcleo del tálamo llamado cuerpo geniculado lateral, donde forman sinapsis con neuronas que ascienden a la corteza visual primaria en el lóbulo occipital. Las vías desde el cuerpo geniculado lateral hasta la corteza visual en ambos lados se denominan radiaciones ópticas.

Para simplificar la vía visual, observamos que los fotorreceptores sinapsan con 1) células bipolares en la retina. Sinapsis de células bipolares retinianas con 2.) células ganglionares retini A partir de aquí, los axones de las células ganglionares pueden decusarse en el quiasma óptico o permanecer en el lado ipsilateral y sinapsis con 3.) neuronas del cuerpo geniculado lateral del tálamo, que forman radiaciones ópticas. 4.) Las radiaciones ópticas sinapsis en la corteza visual primaria (V1) en el lóbulo occipital del cerebro, que está físicamente muy lejos de los fotorreceptores de la retina. Puedes aproximar esta distancia midiendo desde tus ojos hasta la región occipital del cráneo. Para la conciencia consciente de la información visual, el procesamiento adicional debe tener lugar en la corteza cerebral, incluyendo varias áreas de procesamiento visual (V1-V6), que agregan muchas otras sinapsis a esta vía.

Figura 2. La vía óptica. Los axones de las células ganglionares salen del ojo posterior para convertirse en el nervio óptico. Las fibras mediales se cruzan en el quiasma óptico y crean los tractos ópticos. Sinapsis de radiaciones ópticas con regiones de la corteza procesadora visual.

Caminos neuronales para el sonido

El sonido, o perturbaciones en la distribución de las moléculas de aire, se convierte en ondas de presión dentro de la cóclea. A medida que las ondas de presión hacen vibrar las membranas cocleares, la membrana tectorial del conducto coclear contacta y dobla la estereocilia de los receptores auditivos de células ciliadas.

Cuando las células ciliadas se doblan, el neurotransmisor, generalmente glutamato, liberado de las células ciliadas se une a receptores en las neuronas aferentes del nervio coclear, parte del nervio craneal VIII. El transmisor de células ciliadas despolariza la neurona aferente. Cuanto mayor es el grado de despolarización, mayor es la frecuencia de los potenciales de acción en la neurona aferente, que por lo tanto codifica para la intensidad del sonido.

Las neuronas aferentes del nervio auditivo terminan en los núcleos cocleares del tronco encefálico. A partir de aquí, la vía auditiva puede ser compleja. La figura simplificada (abajo), muestra neuronas secundarias que pasan por los centros reflejos auditivos de los cóliculos inferiores y sinapsionando con neuronas de tercer orden que viajan a un núcleo del tálamo llamado cuerpo geniculado medial. En el cuerpo geniculado medial, las neuronas de tercer orden forman sinapsis con neuronas cuaternarias que transmiten información a la corteza auditiva en el lóbulo temporal, resultando en el reconocimiento consciente del sonido.

Para simplificar la vía auditiva: 1.) receptores de células ciliadas sinapsis con una rama coclear del nervio vestibulococlear. 2.) Estas fibras luego terminan en el núcleo coclear y sinapsis con neuronas secundarias que ascienden al colículo inferior. 3.) Las neuronas terciarias se extienden al tálamo y sinapsis con 4.) neuronas cuaternarias que se proyectan hacia la corteza auditiva. Tenga en cuenta que la longitud general de la ruta auditiva es relativamente corta porque el oído interno está proximal al lóbulo temporal del cerebro, y se requiere relativamente poco procesamiento cortical adicional para el reconocimiento consciente del estímulo auditivo (vía corta, pocas sinapsis).

En este laboratorio, examinaremos los tiempos de reacción para las respuestas auditivas y visuales al estímulo. El tiempo de reacción es simplemente el tiempo requerido para el procesamiento entre un estímulo visual o auditivo y una respuesta. Podemos comparar esta información con nuestro conocimiento anatómico del número de sinapsis en una vía, y la longitud del camino, para determinar qué tipo de información es procesada más rápido por el cuerpo humano. Las mediciones del tiempo de reacción se tomarán de un individuo sometido a estímulos visuales y sonoros inofensivos. Además, se puede examinar el efecto del cebado y la predicción.

Figura de La Universidad Abierta.

Métodos de Laboratorio

Métodos de Tiempos de Reacción Auditiva y Visual

Configuración:

• Encienda la caja de iWorx.
• Haga clic en el archivo de configuración de la semana 8 en el P-Drive. (Haga clic en “esta PC” y haga doble clic en el Biol 256L Materiales del curso P Drive en “Ubicaciones de red). Si tienes problemas para encontrar el archivo, también está en la carpeta Cybox Week 08 Materials Link.
• Guarda este archivo en tu Carpeta de Escritorio.

Ejercicio 1: Tiempo de reacción y señales visuales

Objetivo: Medir el tiempo de reacción de un sujeto a una CUE VISUAL.

Procedimiento

1. LEA TODOS LOS MÉTODOS cuidadosamente antes de comenzar a grabar.
2. Información para el SUJETO:

• Instruir al sujeto a sentarse en una silla y mirar hacia la pantalla de la computadora.
• Debe colocar una mano en el teclado de manera que permita al sujeto presionar la tecla F1 lo más rápido posible.
• Mire el LADO DERECHO de la pantalla de la computadora y presione rápidamente la tecla F1 en el teclado cuando aparezca por primera vez la señal generada por el marcador de eventos.

3. Haga clic en el botón REGISTRAR.
4. Escriba <Nombre del Sujeto>Señales Visuales en el cuadro Marcar a la derecha del botón Marcar. Presiona la tecla Enter para marcar la grabación.
5. Indique al sujeto que presione la tecla F1 para marcar la grabación tan pronto como vea la señal visual en el lado derecho de la pantalla de la computadora (Métodos Figura 1).
6. Instruir al sujeto que el ejercicio ha comenzado y que una señal visual podría aparecer en la pantalla en cualquier momento.
7. Utilice el marcador de eventos para entregar diez señales visuales al sujeto. Las señales no deben estar separadas menos de cinco segundos ni más de diez segundos. Simplemente siga la tarjeta Time Cue rosa o azul usando el temporizador proporcionado.
8. Después de la décima señal, haga clic en Detener para detener la grabación.
9. Seleccione Guardar como en el menú Archivo, escriba un nombre para el archivo. Elija un destino en la computadora en el que guardar el archivo de datos, como la carpeta de su grupo de laboratorio. Haga clic en el botón Guardar para guardar el archivo de datos.

Figura 1. Tres señales visuales, cada una seguida de la respuesta del sujeto, se muestran en la ventana Principal. Cada señal visual se realiza presionando el botón del marcador de eventos EM-100 momentáneamente; cada marca de respuesta es hecha por el sujeto presionando la tecla F1 en el teclado. Tres señales visuales, cada una seguida de la respuesta del sujeto, se muestran en la ventana Principal. Cada señal visual se realiza presionando el botón del marcador de eventos EM-100 momentáneamente; cada marca de respuesta es hecha por el sujeto presionando la tecla F1 en el teclado.

Análisis de datos

1. Desplázate hasta el inicio de los datos registrados para el Ejercicio 1 para mostrar la primera prueba en la ventana Principal.
2. Si permaneces en la pantalla de la Ventana Principal para recopilar datos, busca en la esquina derecha de la pantalla T2-T1=mseg para tus datos de tiempo.
3. Use el mouse para hacer clic y arrastre un cursor hasta el inicio de la señal utilizada como señal visual. Arrastre el otro cursor sobre la marca realizada por el sujeto (F1). Ver Métodos Figura 2.
4. Una vez que los cursores estén colocados en las posiciones correctas para determinar el tiempo de reacción, registre el valor para T2-T1 en su Hoja de Trabajo de Reporte de Laboratorio.
5. Una vez medido y registrado el tiempo de reacción en el primer ensayo, pasar a los datos del segundo ensayo.
6. Utilice las mismas técnicas utilizadas en las etapas 2 a 4 para medir los tiempos de reacción de los otros ocho ensayos.
7. Una vez que se hayan medido y registrado los tiempos de reacción en los diez ensayos, deseche los tiempos más largos y cortos del conjunto de datos y determine el promedio de los ocho tiempos de reacción restantes. Registre el tiempo medio de reacción para este ejercicio en la tabla de su Informe de laboratorio.

Figura 2. Una señal visual, seguida de la respuesta del sujeto, se muestra en la ventana Análisis. Los dos cursores se colocan al inicio de la señal visual y en la marca para medir el tiempo de reacción del sujeto (T2-T1) en este ensayo.

Ejercicio 2: Tiempo de reacción y señales auditivas

Objetivo: Medir el tiempo de reacción de un sujeto a una CUE AUDITORIA.

Procedimiento

1. Coloca al sujeto para evitar que vea alguna señal en la pantalla como señal visual. Haga que el sujeto se siente de espaldas a la pantalla y el teclado de la computadora al alcance.
2. Instruir al sujeto a:

• Siéntate en una silla frente al teclado de la computadora.
• Coloque una mano en el teclado de manera que permita al sujeto presionar la tecla F1 lo más rápido posible.
• Escuche el clic (sonido) del marcador de eventos mientras un experimentador presiona el botón y luego presiona la tecla F1 lo más rápido posible. (Fuera de la vista del sujeto, el experimentador toca el botón del marcador de eventos para crear la señal auditiva que se registra como una señal en el canal Tiempo de Reacción. Asegúrese de que el estudiante con el marcador de eventos de ninguna manera haga contacto con el estudiante que se está probando). En este ejercicio, la asignatura realizará diez juicios.

3. Haga clic en el botón REGISTRAR.
4. Escriba Señales auditivas y nombre del sujeto en el cuadro Marcar que se encuentra a la derecha del botón Marcar y haga clic en Entrar.
5. Instruir al sujeto que el ejercicio ha comenzado y que se pueda escuchar una señal auditiva en cualquier momento.
6. Utilice el marcador de eventos para entregar diez señales auditivas al sujeto. Siga los horarios en la Tarjeta de Tiempo (rosa o azul, usando el temporizador). Las señales no deben estar separadas menos de cinco segundos ni más de diez segundos.
7. Indicar al sujeto que presione la tecla F1 para marcar la grabación tan pronto como escuche la señal auditiva hecha del clic del marcador del evento.
8. Después de la décima señal, Haga clic en Detener para detener la grabación.
9. Seleccione GUARDAR en el menú Archivo.

Análisis de datos

1. Medir desde el OFFSET hasta F1 para medir y registrar los tiempos de reacción del sujeto presentado con señales auditivas y todos los ejercicios auditivos a partir de este punto en adelante.
2. Ingresa el tiempo medio de reacción para este ejercicio en la tabla de tu Reporte de Laboratorio.

Ejercicio 3: Tiempo de reacción y señales auditivas impulsadas

Objetivo: Medir el tiempo de reacción de un sujeto a una señal auditiva entregada inmediatamente DESPUÉS de un aviso verbal.

Procedimiento

Repita el Ejercicio 2 con ESTE paso adicional. Antes de que se entregue cada señal auditiva, dígale al sujeto que SE PREPARE para responder a la señal. Lo mejor es usar una señal de una o dos palabras directamente antes de hacer clic en el botón marcador de eventos.

Análisis de datos

1. Utilizar la misma técnica explicada en el Ejercicio 2 para medir y registrar los tiempos de reacción del sujeto presentado con señales auditivas incitadas.
2. Ingresa el tiempo medio de reacción para este ejercicio en la tabla de tu Reporte de Laboratorio.

Ejercicio 4: Tiempo de reacción y señales auditivas predecibles

Objetivo: Medir el tiempo de reacción de un sujeto a señales auditivas entregadas en un intervalo predecible.

Procedimiento

Repita el Ejercicio 2 con un intervalo predecible de CINCO SEGUNDOS entre cada señal auditiva. Usa la tarjeta de tiempo BLANCA y el temporizador.

Análisis de datos

1. Utilizar la misma técnica explicada en el Ejercicio 2 para medir y registrar los tiempos de reacción del sujeto presentado con señales auditivas predecibles.
2. Ingrese el tiempo medio de reacción para este ejercicio en la Tabla HN-1-L1 en su reporte de laboratorio.