¿Cómo distinguen los primates, incluidos los seres humanos, unos rostros de otros? Desde hace mucho tiempo, los científicos atribuyen esta capacidad a las llamadas neuronas «detectoras de rostros» (FD), que, según se cree, se encargan de distinguir los rostros de otros objetos. Sin embargo, ninguna evidencia directa había respaldado esta afirmación.
Ahora, mediante la optogenética, una técnica que controla la actividad neuronal con luz, investigadores del MIT han aportado la primera evidencia que vincula directamente las neuronas FD con la discriminación de rostros en primates, en concreto, con la diferenciación entre rostros masculinos y femeninos.
Tras entrenar a monos macacos para identificar correctamente imágenes de rostros masculinos o femeninos, los investigadores utilizaron una proteína sensible a la luz para suprimir subregiones de neuronas FD en la corteza temporal inferior (IT), una región que procesa información visual. Al suprimir las neuronas, observaron un deterioro pequeño, pero significativo, en la capacidad de los animales para identificar correctamente el género.
«Si estas neuronas detectoras de rostros participan en la conducta de discriminación facial —en distinguir el género de los rostros—, entonces, si las inhibimos, la conducta debería verse afectada», afirma Arash Afraz, científico investigador del Instituto McGovern para la Investigación Cerebral del MIT y autor principal de un artículo que describe el estudio en las Actas de la Academia Nacional de Ciencias.
Afraz afirma que este experimento supone un avance en la comprensión de los vínculos entre neuronas específicas y la conducta de los primates. «En realidad, hay que alterar la activación de esa neurona y comprobar si se puede afectar la conducta», explica. «Si eso sucede, significa que estas neuronas forman parte de la cadena causal de esa conducta concreta».
Afraz añade que, al ofrecer una mirada más detallada al reconocimiento de objetos en primates, el estudio también podría contribuir al desarrollo de prótesis visuales que quizá requieran una conexión directa con la corteza IT. En términos más generales, comprender el nivel de luz necesario para silenciar neuronas mediante optogenética también podría ayudar a desarrollar tratamientos implantables para pacientes con epilepsia del lóbulo temporal. «Podríamos implantar dispositivos en la corteza que se activen automáticamente cuando comience la crisis epiléptica y silencien la corteza con luz», afirma Afraz.
Los coautores del estudio son James DiCarlo, profesor de neurociencia y director del Departamento de Ciencias Cerebrales y Cognitivas del MIT, y Ed Boyden, profesor asociado de ingeniería biológica y ciencias cerebrales y cognitivas, cuyo grupo desarrolló las herramientas optogenéticas utilizadas en el estudio.
Inhibir neuronas
En la década de 1980, los científicos plantearon por primera vez la hipótesis de la existencia de neuronas FD, a partir de estudios que registraban picos de actividad neuronal en respuesta a imágenes de rostros. «Pero nunca [habíamos tenido] una conexión mecanística clara entre la activación de estas neuronas y la discriminación facial, a diferencia de la detección de rostros», afirma Afraz.
Para el artículo de PNAS , los investigadores del MIT entrenaron a dos monos para identificar imágenes de rostros con género asignado, con una precisión de aproximadamente el 90 por ciento. Para ello, mostraron imágenes de rostros masculinos y femeninos con rasgos variados, ligeramente a la izquierda o a la derecha de un punto de fijación central en una pantalla. Luego mostraron dos puntos, uno en la parte superior y otro en la inferior de la pantalla; los monos miraban el punto superior si el rostro era femenino y el inferior si era masculino.
A continuación, los investigadores midieron la actividad neuronal en la corteza IT de los monos y localizaron varias subregiones donde las neuronas FD estaban más y menos concentradas. Después, inyectaron en las subregiones con alta y baja concentración de FD una proteína administrada mediante un virus y diseñada por el grupo de Boyden, llamada ArchT, que reduce la actividad neuronal en presencia de luz.
Un mes después, los monos observaron 1.600 imágenes en escala de grises de rostros masculinos y femeninos durante 40 sesiones distintas, mientras los investigadores dirigían pulsos aleatorios de luz verde a las zonas tratadas con ArchT. Los investigadores descubrieron que suprimir solo 1 milímetro de las subregiones con alta concentración de FD —y no las de baja concentración— reducía, en promedio, alrededor de un 2 por ciento la capacidad de los animales para identificar correctamente rostros con género asignado.
Afraz afirma que vincular pequeños grupos de neuronas con la capacidad perceptiva de identificar géneros sugiere que esas neuronas son responsables de procesar rostros con género asignado. «Cuando una señal está codificada de forma más explícita en el cerebro, esa parte parece contribuir más directamente a la conducta», explica Afraz. «Si sabemos que la información sobre el género de un rostro está codificada de forma más explícita en una pequeña zona de la corteza, inhibir esa zona tiene un mayor impacto en la conducta».
Una nueva vía de descubrimiento
Aunque su laboratorio lleva 20 años investigando el procesamiento visual, DiCarlo señala que «esta colaboración con Boyden —que desarrolla herramientas de vanguardia— es lo que abrió la puerta a este importante avance y a toda una nueva vía de descubrimiento».
Boyden afirma que, en particular, al ser uno de los primeros usos documentados de la optogenética para inducir cambios conductuales en primates, el estudio también demuestra el potencial de esta técnica para estudiar la visión y las conductas de los primates. A diferencia de los métodos tradicionales de supresión neuronal, por ejemplo, las herramientas optogenéticas pueden dirigirse a pequeños grupos de neuronas durante breves instantes, lo que permite identificar con mayor precisión las neuronas específicas que impulsan la conducta.
«Estamos llegando a los circuitos reales del cerebro y a las neuronas exactas que intervienen en la discriminación [entre rostros]», afirma Boyden. «Estas herramientas ofrecen una resolución temporal y espacial superior a la de cualquier otro método de perturbación neuronal».
William Newsome, profesor de neurobiología de la Universidad de Stanford, afirma que el estudio «aborda un problema fascinante de la neurociencia de sistemas … mediante una serie de experimentos muy complejos» que utilizan tanto técnicas de supresión optogenética como farmacéutica.
«Esto», añade, «es una demostración contundente de que las neuronas detectoras de rostros median la capacidad perceptiva de distinguir entre rostros: un resultado muy interesante».
El estudio fue financiado por los Institutos Nacionales de Salud.
Este artículo se publica en colaboración con MIT News. La publicación no implica que el Foro Económico Mundial respalde estas opiniones.
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Autor: Rob Mathseon es colaborador de MIT Technology Review.
Imagen: Una empresaria japonesa (C) se desplaza al trabajo en el distrito Marunouchi de Tokio. REUTERS/Kiyoshi Ota.
