Dada mi inclinación ya conocida por los órganos sensoriales, en este capitulo tomaré los ojos como ejemplo central, en razón de la variedad de formas que han evolucionado para transducir (convertir) la luz en una especificación útil de estados cerebrales internos. Siempre, y esto es general para todos los sentidos, el cerebro sólo acepta las propiedades específicas del mundo externo que estimulan los órganos sensoriales (no podemos detectar directamente las ondas de radio o las ondas electromagnéticas de la televisión) y la transmisión de estos "mensajes" se realiza por medio de la actividad eléctrica neuronal, como el único sistema posible (no hay telepatía, y si no lo cree, ¿para qué tiene teléfono?).
Entonces, en ¿qué consiste la visión?
¿Qué significa "ver"? ¿Por qué es el aparato visual como es y que nos enseña acerca del cerebro — de la mente? (Para un excelente resumen de la visión, consultar a Zeki 1993.)
El ojo (figura 5.1A), y en particular la retina (la parte sensible a la luz), es una extensión del sistema nervioso central (figura 5.1B). Las neuronas de la retina forman un circuito extraordinariamente compacto y bello que envía mensajes eléctricos interpretados por el cerebro como luz. En el capítulo 4 se aclaró que no son solamente las propiedades de conjunto las que dan lugar al comportamiento y función única de determinado circuito; es la arquitectura del conjunto la que le confiere al circuito sus propiedades macroscópicas (como en el caso del corazón), su contexto e intencionalidad. Tales arquitecturas o módulos en general se componen de diversos tipos de neuronas con propiedades intrínsecas eléctricas diferentes. Algunas son excitadoras y otras inhibidoras. En el caso del ojo, la retina suministra un excelente ejemplo de tal estrategia. Examinemos pues la evolución del ojo, nuestro ojo, así como la de otros ojos igualmente fascinantes.
Todo correría cuando los organismos aprovecharon la energía solar, que es absolutamente esencial para la vida. Estamos en la tierra por cortesía del reino vegetal, el primer grupo adorador del sol. Las plantas y los árboles y las algas verdes evolucionaron por vía directa convirtiendo la energía luminosa/solar en alimento —
Figura 5.1
(A) Fotografía del perfil del ojo humano. La luz entra al ojo por la córnea transparente, en donde ocurre lo mayor parte de la curvatura de lo luz. E] punto blanco en la pupila es un reflejo de luz. (Tomado de Hubel. 1988, p.35,) (B) Diagrama simplificado de la organización de la retina. (Tomado de Cajal, 1911.figuro 571.) mediante la llamada fotosíntesis. La fotosíntesis es el procedimiento molecular mediante el cual las plantas sintetizan carbohidratos, proteínas y grasas. Así pues, plantas, árboles y algas verdes generan su propio alimento, solución ésta muy inteligente. Por el contrario, los animales son más siniestros. Convienen la energía luminosa en señalizaciones neuronales que les permiten "ver", y entonces se comen las plantas (o se comen entre sí, como cuando nosotros comemos carne azada, o el tiburón se come a un humano).
¿Por qué no "ven" las plantas y las algas verdes? Como ya se señaló, esto se debe a que no se mueven voluntariamente; o por lo menos no lo hacen a velocidades que les permitan competir con los animales. Fabrican su propia comida y se reproducen ya sea dispersando sus semillas al aire o al agua, por polimación cruzada, o por división- Su estrategia de sobrevivencia es efectiva sin necesidad de moverse activamente. Las plantas mantienen a distancia a los predadores mediante espinas y repelentes químicos. Dados los, predadores que acechan a las plantas y a los árboles, la capacidad de moverse activamente probablemente no les ayudaría mucho. Los parásitos invaden el organismo, las langostas y los pájaros carpinteros vuelan y, además, es dudoso que si un árbol tuviera la habilidad de volar o de moverse, lo pudiera hacer más rápido que sus predatores.
Así pues, los árboles no corren o vuelan y no se pueden defender como un boxeador, a "ramalazo limpio". En el reino vegetal, lo más parecido al movimiento sería el fototropismo, la tendencia de formas de vida fotofilicas a inclinarse o a dirigirse hacia la luz, como en el caso de las algas. Las plantas no se mueven activamente y no necesitan cerebro: su sobrevivencia no depende de la anticipación.
En cuanto a las criaturas con movimiento activo, la "telecepción" o detección a distancia como el ver, oír u oler amplia la capacidad anticipatoria del animal en su interacción con el mundo. Es mejor poder ver que se acerca una amenaza, que tocarla, probarla u olería. De hecho, ante un predador al acecho, las sensaciones táctiles de olfato o de gusto indican cuando éste ya está demasiado próximo. En nuestro caso, demasiado próximo en general significa demasiado tarde (piense en el tiburón).
La capacidad de predicción que da origen a la visión comienza con la habilidad de criaturas muy primitivas de detectar la luz. En el mar, siempre fue ventajoso saber dónde quedaba la superficie y dónde el abismo. Las formas terrestres buscan seguridad en la oscuridad, como lo sabe quien ve desaparecer a la cucaracha entre la madera cuando a media noche enciende la luz en busca de la nevera. Es más fácil esconderse en la oscuridad que en la luz. Originalmente, detectar luz no se relacionó con la visión; sencillamente se trataba de detectar si había o no luz, lo que se traducía, dependiendo del animal, en aumento o disminución del movimiento. En ese estadio, la capacidad de detectar la dirección de la fuente luminosa requería un órgano que aún estaba por evolucionar. Para comprender cómo las capacidades de un órgano de detectar luz se transformaron en detección de la dirección de la fuente luminosa, debemos examinar el proceso mismo de fototransducción.
La luz es un conjunto de eventos/objetos llamados fotones. Todavía se debate si los fotones son panículas que se comportan como ondas u ondas que se comportan como partículas (o ni lo uno ni lo otro). Fisiológicamente, la luz se comporta como paquetes de energía (cuantos) que activan receptores especializados. Tanto la cantidad de luz como la longitud de onda (que se detecta como color en nuestro caso) son importantes en la fisiología del ojo.
Todas las ondas electromagnéticas en general, y entre ellas la luz, viajan en línea recta a una velocidad alrededor de 300.000 kilómetros/segundo. Como los fotones interactúan entre sí y se refuerzan o se cancelan (ver la "Suma Sobre Historias" de Richard Feynman en Feynman y Hibbs, 1965), incluso si la luz reflejada continúa su trayectoria rectilineal. Además de reflejarse (como en un espejo), la luz también se refracta, es decir que cambia la dirección de su trayectoria al pasar de un medio a otro (digamos, de aire a agua o a vidrio). Una vez que cambia de rumbo, sigue en línea recta siempre que el medio no cambie o que el espacio en el que viaja no se deforme debido a un campo gravitacional importante. El grado en el cual un medio modifica la trayectoria de la luz se conoce como su "índice refractivo", que será tanto mayor cuanto mayor sea el grado de curvatura.
Así pues, dado que la luz rebota de los objetos a los que llega (reflexión) o los atraviesa (translucidez con o sin refracción) o el objeto absorbe la luz (un objeto negro), la luz informa acerca de las propiedades ópticas del universo que nos rodea. El hecho de que la luz viaje en línea recta es importante porque significa que es fácil detectar su fuente. Su trayectoria directa y su abundancia fueron hechos esenciales en la evolución de la visión pues permitieron que los fotones que llegaban al ojo actuaran como mensajeros precisos y fieles del remoto paisaje del mundo externo.
Los fotones se "captan o absorben" mediante materia pigmentada. O mejor, la materia es pigmentada (tiene color) cuando absorbe determinados fotones. Los pigmentos dan color a las cosas, como veremos. Ya mencionamos que los fotones tienen diversas longitudes de onda. Un haz de luz es de carácter sinusoidal, como ondas en el agua, con pequeñas distancias entre sus cimas (o entre sus depresiones), lo que se conoce como longitud de onda. Nuestro rango de visión de colores, llamado el espectro visual, abarca longitudes de onda del orden de cientos de nanómetros (nms) o 10'9 metros. Por ejemplo, el rango de lo que vemos como luz azul es de unos 420-nm y la longitud de onda del rojo es superior a los 550-nm.
En cuanto a la frecuencia de la luz, ésta se relaciona inversamente con su longitud de onda: a mayor longitud de onda, menor la frecuencia, la cual representa el número de ciclos individuales de onda por segundo. Es lógico que a mayor espacio entre las cimas, mayor será la longitud de onda y menos ciclos de onda pasarán por un sitio dado en un segundo, por lo que la frecuencia será menor. La frecuencia es una propiedad diferente de la velocidad de conducción, y para lo que nos concierne, la velocidad de la luz no cambia. Es una constante.
La luz del sol es una mezcla de todas las frecuencias de luz del espectro de colores. Entonces, en el caso del libro azul del colega que veo frente a mí ¿es el azul del libro el que absorbe la luz azul, o es mi ojo? Respuesta, el ojo capta la luz azul y el libro captó todas las frecuencias de color pero no las azules. Es decir, la luz de una frecuencia dada (420 nm), que llamamos azul, rebota del libro en línea recta y los fotones de esta frecuencia llegan a mi ojo. Sin embargo, téngase en cuenta que el azul no existe como tal en el mundo externo y que tal sensación sólo es una interpretación que hace el cerebro sin el cual los colores no existen.
¿Cómo logra mi ojo captar luz y, además, indicarle al cerebro de qué frecuencia se trata? Los fotones son absorbidos por neuronas llamadas fotorreceptores, en las cuales existe un tipo de proteínas muy antiguas llamadas opsinas, que forman parte del pigmento visual- Estas opsinas interactúan íntimamente con una segunda molécula llamada cromatóforo (que en realidad absorbe los fotones) activando la célula receptora con la llegada de la luz- En el caso del libro de mi colega, como la mayoría de fotones que rebotan tienen una longitud de onda de 429 nm, mayor será la proporción de fotorreceptores de azul activados.
Volvamos a nuestro organismo primitivo que absorbe fotones utilizando fotorreceptores localizados en un parche de piel fotosensible, pero no genera imágenes.
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