La retina (del latín rete 'red'; pl. retinae o retinas ) es la capa de tejido más interna y sensible a la luz del ojo de la mayoría de los vertebrados y algunos moluscos . La óptica del ojo crea una imagen bidimensional enfocada del mundo visual en la retina, que luego procesa esa imagen dentro de la retina y envía impulsos nerviosos a lo largo del nervio óptico hasta la corteza visual para crear la percepción visual . La retina cumple una función que es en muchos sentidos análoga a la de la película o al sensor de imagen de una cámara .
La retina neural consta de varias capas de neuronas interconectadas por sinapsis y está sostenida por una capa externa de células epiteliales pigmentadas. Las principales células sensibles a la luz en la retina son las células fotorreceptoras , que son de dos tipos: bastones y conos . Los bastones funcionan principalmente con poca luz y proporcionan una visión monocromática. Los conos funcionan en condiciones de buena iluminación y son responsables de la percepción del color mediante el uso de una variedad de opsinas , así como de la visión de alta agudeza utilizada para tareas como la lectura. Un tercer tipo de célula sensible a la luz, la célula ganglionar fotosensible , es importante para el seguimiento de los ritmos circadianos y las respuestas reflejas como el reflejo pupilar a la luz .
La luz que incide en la retina inicia una cascada de eventos químicos y eléctricos que en última instancia desencadenan impulsos nerviosos que se envían a varios centros visuales del cerebro a través de las fibras del nervio óptico . Las señales neuronales de los conos y los bastones son procesadas por otras neuronas, cuya emisión toma la forma de potenciales de acción en las células ganglionares de la retina cuyos axones forman el nervio óptico. [1]
En el desarrollo embrionario de los vertebrados , la retina y el nervio óptico se originan como excrecencias del cerebro en desarrollo, específicamente del diencéfalo embrionario ; por tanto, la retina se considera parte del sistema nervioso central (SNC) y en realidad es tejido cerebral. [2] [3] Es la única parte del SNC que se puede visualizar de forma no invasiva . Como la mayor parte del cerebro, la retina está aislada del sistema vascular por la barrera hematoencefálica . La retina es la parte del cuerpo con mayor demanda energética continua. [4]
La retina de los vertebrados está invertida en el sentido de que las células sensibles a la luz están en la parte posterior de la retina, de modo que la luz tiene que atravesar capas de neuronas y capilares antes de llegar a las secciones fotosensibles de los bastones y conos. [5] Las células ganglionares, cuyos axones forman el nervio óptico, se encuentran en la parte frontal de la retina; por lo tanto, el nervio óptico debe atravesar la retina en su camino hacia el cerebro. No hay fotorreceptores en esta región, lo que da lugar al punto ciego . [6] Por el contrario, en la retina de los cefalópodos , los fotorreceptores están al frente, con las neuronas procesadoras y los capilares detrás de ellos. Debido a esto, los cefalópodos no tienen un punto ciego.
Aunque el tejido neural suprayacente es parcialmente transparente y se ha demostrado que las células gliales que lo acompañan actúan como canales de fibra óptica para transportar fotones directamente a los fotorreceptores, [7] [8] se produce dispersión de luz . [9] Algunos vertebrados, incluidos los humanos, tienen un área de la retina central adaptada para una visión de alta agudeza. Esta área, denominada fóvea central , es avascular (no tiene vasos sanguíneos) y tiene un mínimo de tejido neural delante de los fotorreceptores, lo que minimiza la dispersión de la luz. [9]
Los cefalópodos tienen una retina no invertida, cuyo poder de resolución es comparable al de los ojos de muchos vertebrados. Los ojos de calamar no tienen un análogo del epitelio pigmentario de la retina de los vertebrados (EPR). Aunque sus fotorreceptores contienen una proteína, el retinocromo, que recicla la retina y replica una de las funciones del EPR de los vertebrados, es probable que los fotorreceptores de los cefalópodos no se mantengan tan bien como en los vertebrados y, como resultado, la vida útil de los fotorreceptores en los invertebrados es mucho mayor. más corto que en los vertebrados. [10] Rara vez ocurre que el tallo reemplace fácilmente los ojos (algunas langostas) o las retinas (algunas arañas, como Deinopis [11] ).
La retina de los cefalópodos no se origina como una consecuencia del cerebro, como ocurre en los vertebrados. Esta diferencia sugiere que los ojos de vertebrados y cefalópodos no son homólogos , sino que han evolucionado por separado. Desde una perspectiva evolutiva, una estructura más compleja como la retina invertida generalmente puede surgir como consecuencia de dos procesos alternativos: un "buen" compromiso ventajoso entre limitaciones funcionales en competencia, o como una reliquia histórica desadaptativa del complicado camino de la evolución de los órganos. y transformación. La visión es una adaptación importante en los vertebrados superiores.
Una tercera visión del ojo de los vertebrados "invertido" es que combina dos beneficios: el mantenimiento de los fotorreceptores mencionados anteriormente y la reducción de la intensidad de la luz necesaria para evitar cegar a los fotorreceptores, que se basan en los ojos extremadamente sensibles de los antepasados de los mixino moderno (pez que vive en aguas oscuras y muy profundas). [12]
Un estudio reciente de la APS (American Physical Society) [13] sobre el propósito evolutivo de la estructura de la retina invertida dice que "la dirección de las células gliales ayuda a aumentar la claridad de la visión humana. Pero también notamos algo bastante curioso: los colores que Las mejores células que pasaron a través de las células gliales fueron de color verde a rojo, que el ojo más necesita para la visión diurna. El ojo normalmente recibe demasiado azul y, por lo tanto, tiene menos conos sensibles al azul.
Otras simulaciones por ordenador mostraron que el verde y el rojo se concentran de cinco a diez veces más en las células gliales y en sus respectivos conos que la luz azul. En cambio, el exceso de luz azul se dispersa hacia las varillas circundantes. Esta optimización es tal que la visión del color durante el día se mejora, mientras que la visión nocturna se ve muy poco afectada".
La retina de los vertebrados tiene 10 capas distintas. [15] De más cercano a más alejado del cuerpo vítreo:
Estas capas se pueden agrupar en cuatro etapas principales de procesamiento: fotorrecepción; transmisión a células bipolares ; transmisión a las células ganglionares , que también contienen fotorreceptores, las células ganglionares fotosensibles ; y transmisión a lo largo del nervio óptico. En cada etapa sináptica, las células horizontales y amacrinas también están conectadas lateralmente.
El nervio óptico es un tracto central de muchos axones de células ganglionares que se conectan principalmente con el cuerpo geniculado lateral , una estación de retransmisión visual en el diencéfalo (la parte posterior del prosencéfalo). También se proyecta al colículo superior , al núcleo supraquiasmático y al núcleo del tracto óptico. Pasa a través de las otras capas, creando el disco óptico en los primates. [21]
En algunos grupos de vertebrados se encuentran estructuras adicionales, no directamente asociadas con la visión, como excrecencias de la retina. En las aves , el pecten es una estructura vascular de forma compleja que se proyecta desde la retina hacia el humor vítreo ; suministra oxígeno y nutrientes al ojo y también puede ayudar en la visión. Los reptiles tienen una estructura similar, pero mucho más simple. [22]
En los seres humanos adultos, toda la retina es aproximadamente el 72% de una esfera de unos 22 mm de diámetro. Toda la retina contiene alrededor de 7 millones de conos y de 75 a 150 millones de bastones. El disco óptico, una parte de la retina a veces llamada "el punto ciego" porque carece de fotorreceptores, está ubicado en la papila óptica , donde las fibras del nervio óptico salen del ojo. Aparece como una zona blanca ovalada de 3 mm 2 . Temporal (en dirección a las sienes) a este disco se encuentra la mácula , en cuyo centro está la fóvea , una fosa responsable de la visión central nítida, pero que en realidad es menos sensible a la luz debido a su falta de bastones. Los primates humanos y no humanos poseen una fóvea, a diferencia de ciertas especies de aves, como los halcones, que son bifoviadas, y los perros y gatos, que no poseen fóvea, sino una banda central conocida como raya visual. [ cita necesaria ] Alrededor de la fóvea se extiende la retina central durante unos 6 mm y luego la retina periférica. El borde más alejado de la retina está definido por la ora serrata . La distancia de una ora a la otra (o mácula), la zona más sensible a lo largo del meridiano horizontal , es de unos 32 mm. [ se necesita aclaración ]
En sección, la retina no tiene más de 0,5 mm de espesor. Tiene tres capas de células nerviosas y dos de sinapsis , incluida la única sinapsis en cinta . El nervio óptico transporta los axones de las células ganglionares al cerebro y a los vasos sanguíneos que irrigan la retina. Las células ganglionares se encuentran en la parte más interna del ojo, mientras que las células fotorreceptoras se encuentran más allá. Debido a esta disposición contraria a la intuición, la luz primero debe pasar a través y alrededor de las células ganglionares y a través del espesor de la retina (incluidos sus vasos capilares, no mostrados) antes de llegar a los bastones y conos. La luz es absorbida por el epitelio pigmentario de la retina o la coroides (ambos opacos).
Los glóbulos blancos de los capilares situados delante de los fotorreceptores pueden percibirse como pequeños puntos brillantes en movimiento cuando se miran hacia la luz azul. Esto se conoce como fenómeno entóptico del campo azul (o fenómeno de Scheerer).
Entre la capa de células ganglionares y los bastones y conos hay dos capas de neuropilos , donde se realizan los contactos sinápticos. Las capas de neuropilo son la capa plexiforme externa y la capa plexiforme interna . En la capa externa del neuropilo, los bastones y los conos se conectan a las células bipolares que corren verticalmente , y las células horizontales orientadas horizontalmente se conectan a las células ganglionares.
La retina central contiene predominantemente conos, mientras que la retina periférica contiene predominantemente bastones. En total, la retina tiene unos siete millones de conos y cien millones de bastones. En el centro de la mácula se encuentra la fosa foveal donde los conos son estrechos y largos, y están dispuestos en un mosaico hexagonal , el más denso, a diferencia de los conos mucho más gruesos ubicados más periféricamente en la retina. [23] En la fosa foveal, las otras capas de la retina se desplazan, antes de acumularse a lo largo de la pendiente foveal hasta alcanzar el borde de la fóvea, o parafóvea , que es la porción más gruesa de la retina. La mácula tiene una pigmentación amarilla, debido a los pigmentos de detección, y se conoce como mácula lútea. El área que rodea directamente la fóvea tiene la mayor densidad de bastones que convergen en células bipolares individuales. Dado que sus conos tienen una convergencia de señales mucho menor, la fóvea permite la visión más nítida que el ojo puede alcanzar. [2]
Aunque los bastones y los conos son una especie de mosaico , la transmisión desde los receptores a los bipolares y a las células ganglionares no es directa. Dado que existen alrededor de 150 millones de receptores y sólo 1 millón de fibras del nervio óptico, debe producirse una convergencia y, por tanto, una mezcla de señales. Además, la acción horizontal de las células horizontales y amacrinas puede permitir que un área de la retina controle otra (por ejemplo, un estímulo inhibe a otro). Esta inhibición es clave para disminuir la suma de mensajes enviados a las regiones superiores del cerebro. En algunos vertebrados inferiores (por ejemplo, la paloma ), el control de los mensajes es "centrífugo", es decir, una capa puede controlar a otra, o las regiones superiores del cerebro pueden impulsar las células nerviosas de la retina, pero en los primates esto no ocurre. [2]
Mediante tomografía de coherencia óptica (OCT), se pueden identificar 18 capas en la retina. Las capas y correlación anatómica son: [24] [25] [26]
De la más interna a la más externa, las capas identificables por OCT son las siguientes:
El desarrollo de la retina comienza con el establecimiento de los campos oculares mediados por las proteínas SHH y SIX3 , con el posterior desarrollo de las vesículas ópticas reguladas por las proteínas PAX6 y LHX2 . [33] Walter Gehring y sus colegas demostraron elegantemente el papel de Pax6 en el desarrollo ocular, quienes demostraron que la expresión ectópica de Pax6 puede conducir a la formación de ojos en las antenas, alas y patas de Drosophila . [34] La vesícula óptica da lugar a tres estructuras: la retina neural, el epitelio pigmentado de la retina y el tallo óptico. La retina neural contiene las células progenitoras de la retina (RPC) que dan origen a los siete tipos de células de la retina. La diferenciación comienza con las células ganglionares de la retina y concluye con la producción de la glía de Müller. [35] Aunque cada tipo de célula se diferencia de las RPC en un orden secuencial, existe una superposición considerable en el momento en que se diferencian los tipos de células individuales. [33] Las señales que determinan el destino de una célula hija de RPC están codificadas por múltiples familias de factores de transcripción, incluidos bHLH y factores de homeodominio . [36] [37]
Además de guiar la determinación del destino celular, existen señales en la retina para determinar los ejes dorsal-ventral (DV) y nasal-temporal (NT). El eje DV se establece mediante un gradiente ventral a dorsal de VAX2 , mientras que el eje NT se coordina mediante la expresión de los factores de transcripción forkhead FOXD1 y FOXG1 . Se forman gradientes adicionales dentro de la retina. [37] Esta distribución espacial puede ayudar a orientar adecuadamente los axones de RGC que funcionan para establecer el mapa retinotópico. [33]
La retina está estratificada en distintas capas, cada una de las cuales contiene tipos de células o compartimentos celulares específicos [38] que tienen metabolismos con diferentes necesidades nutricionales. [39] Para satisfacer estos requisitos, la arteria oftálmica se bifurca e irriga la retina a través de dos redes vasculares distintas: la red coroidea, que irriga la coroides y la retina externa, y la red retiniana, que irriga la capa interna de la retina. [40]
Aunque la retina invertida de los vertebrados parezca contraria a la intuición, es necesaria para el correcto funcionamiento de la retina. La capa de fotorreceptores debe estar incrustada en el epitelio pigmentario de la retina (EPR), que realiza al menos siete funciones vitales, [41] una de las más obvias es suministrar oxígeno y otros nutrientes necesarios para el funcionamiento de los fotorreceptores.
Las necesidades energéticas de la retina son incluso mayores que las del cerebro. [4] Esto se debe a la energía adicional necesaria para renovar continuamente los segmentos externos de los fotorreceptores, de los cuales el 10% se elimina diariamente. [4] Las demandas de energía son mayores durante la adaptación a la oscuridad, cuando su sensibilidad es mayor. [42] La coroides suministra alrededor del 75% de estos nutrientes a la retina y la vasculatura retiniana sólo el 25%. [5]
Cuando la luz incide en 11-cis-retinal (en los discos de los bastones y conos), 11-cis-retinal cambia a totalmente trans-retinal, lo que luego desencadena cambios en las opsinas. Ahora bien, los segmentos externos no regeneran la retina nuevamente a la forma cis una vez que ha sido cambiada por la luz. En cambio, la retina se bombea hacia el EPR circundante, donde se regenera y se transporta de regreso a los segmentos externos de los fotorreceptores. Esta función de reciclaje del EPR protege a los fotorreceptores contra el daño fotooxidativo [43] [44] y permite que las células fotorreceptoras tengan una vida útil de décadas.
La retina de las aves carece de vasos sanguíneos, tal vez para permitir el paso de luz sin obstáculos para formar imágenes, dando así una mejor resolución. Por lo tanto, se considera que la retina del ave depende para su nutrición y suministro de oxígeno de un órgano especializado, llamado "pecten" o pecten oculi , ubicado en el punto ciego o disco óptico. Este órgano es extremadamente rico en vasos sanguíneos y se cree que suministra nutrición y oxígeno a la retina del ave mediante difusión a través del cuerpo vítreo. El pecteno es muy rico en actividad de fosfatasa alcalina y en células polarizadas en su porción puente, ambas acordes con su función secretora. [45] Las células pecten están llenas de gránulos de melanina oscura, que se ha teorizado que mantienen este órgano caliente con la absorción de la luz parásita que cae sobre el pecten. Se considera que esto mejora la tasa metabólica del pecten, exportando así más moléculas nutritivas para satisfacer los estrictos requisitos energéticos de la retina durante largos períodos de exposición a la luz. [46]
Se sabe que las bifurcaciones y otras características físicas de la red vascular interna de la retina varían entre los individuos, [47] y estas variaciones individuales se han utilizado para la identificación biométrica y la detección temprana de la aparición de enfermedades. El mapeo de bifurcaciones vasculares es uno de los pasos básicos en la identificación biométrica. [48] Los resultados de dichos análisis de la estructura de los vasos sanguíneos de la retina se pueden evaluar frente a los datos reales [49] de las bifurcaciones vasculares de las imágenes del fondo de ojo de la retina que se obtienen del conjunto de datos DRIVE. [50] Además, también se han identificado las clases de vasos del conjunto de datos DRIVE, [51] y también está disponible un método automatizado para la extracción precisa de estas bifurcaciones. [52] Los cambios en la circulación sanguínea de la retina se observan con el envejecimiento [53] y la exposición a la contaminación del aire, [54] y pueden indicar enfermedades cardiovasculares como la hipertensión y la aterosclerosis. [55] [56] [57] La determinación del ancho equivalente de arteriolas y vénulas cerca del disco óptico también es una técnica ampliamente utilizada para identificar riesgos cardiovasculares. [58]
La retina traduce una imagen óptica en impulsos neuronales comenzando con la excitación pautada de los pigmentos sensibles al color de sus bastones y conos, las células fotorreceptoras de la retina . La excitación es procesada por el sistema neuronal y varias partes del cerebro que trabajan en paralelo para formar una representación del entorno externo del cerebro.
Los conos responden a la luz brillante y median en la visión del color de alta resolución durante la iluminación diurna (también llamada visión fotópica ). Las respuestas de los bastones están saturadas a niveles de luz diurna y no contribuyen a los patrones de visión. Sin embargo, los bastones responden a la luz tenue y median en una visión monocromática de baja resolución bajo niveles muy bajos de iluminación (llamada visión escotópica ). La iluminación en la mayoría de los entornos de oficina se sitúa entre estos dos niveles y se denomina visión mesópica . En niveles de luz mesópicos, tanto los bastones como los conos contribuyen activamente con información de patrones. No está claro qué contribución hace la información de los bastones al patrón de visión en estas circunstancias.
La respuesta de los conos a diversas longitudes de onda de luz se denomina sensibilidad espectral. En la visión humana normal, la sensibilidad espectral de un cono se divide en uno de tres subtipos, a menudo llamados azul, verde y rojo, pero más exactamente conocidos como subtipos de cono sensibles a longitudes de onda corta, media y larga. Es la falta de uno o más de los subtipos de conos lo que hace que las personas tengan deficiencias en la visión de los colores o varios tipos de daltonismo . Estos individuos no son ciegos a los objetos de un color particular, pero son incapaces de distinguir entre colores que pueden distinguir las personas con visión normal. Los humanos tienen esta visión tricromática , mientras que la mayoría de los demás mamíferos carecen de conos con pigmento sensible al rojo y, por lo tanto, tienen una visión de color dicromática más pobre. Sin embargo, algunos animales tienen cuatro subtipos espectrales; por ejemplo, la trucha añade un subgrupo ultravioleta a los subtipos corto, mediano y largo que son similares a los humanos. Algunos peces también son sensibles a la polarización de la luz.
En los fotorreceptores, la exposición a la luz hiperpolariza la membrana en una serie de cambios graduales. El segmento celular externo contiene un fotopigmento . Dentro de la célula, los niveles normales de monofosfato de guanosina cíclico (GMPc) mantienen abierto el canal de Na+ y, por tanto, en estado de reposo la célula se despolariza. El fotón hace que la retina unida a la proteína receptora se isomerice a trans-retinal . Esto hace que el receptor active múltiples proteínas G. Esto, a su vez, hace que la subunidad Ga de la proteína active una fosfodiesterasa (PDE6), que degrada el GMPc, lo que provoca el cierre de los canales iónicos activados por nucleótidos cíclicos (CNG) de Na+. Por tanto, la célula está hiperpolarizada. La cantidad de neurotransmisor liberado se reduce con luz brillante y aumenta a medida que disminuyen los niveles de luz. El fotopigmento real se elimina con luz brillante y solo se reemplaza mediante un proceso químico, por lo que en una transición de la luz brillante a la oscuridad, el ojo puede tardar hasta treinta minutos en alcanzar la sensibilidad total.
Cuando es excitado por la luz, el fotoceptor envía una respuesta proporcional sinápticamente a las células bipolares que a su vez envían señales a las células ganglionares de la retina . Los fotorreceptores también están entrecruzados por células horizontales y células amacrinas , que modifican la señal sináptica antes de que llegue a las células ganglionares, entremezclándose y combinándose las señales neuronales. De las células nerviosas de la retina, sólo las células ganglionares de la retina y unas pocas células amacrinas crean potenciales de acción .
En las células ganglionares de la retina existen dos tipos de respuesta, dependiendo del campo receptivo de la célula. Los campos receptivos de las células ganglionares de la retina comprenden un área central, aproximadamente circular, donde la luz tiene un efecto sobre la activación de la célula, y un entorno anular, donde la luz tiene el efecto contrario. En las células ON, un incremento en la intensidad de la luz en el centro del campo receptivo hace que aumente la velocidad de disparo. En las células OFF, hace que disminuya. En un modelo lineal, este perfil de respuesta está bien descrito por una diferencia de gaussianos y es la base de los algoritmos de detección de bordes . Más allá de esta simple diferencia, las células ganglionares también se diferencian por la sensibilidad cromática y el tipo de suma espacial. Las células que muestran una suma espacial lineal se denominan células X (también llamadas células parvocelulares, P o ganglionares enanas), y aquellas que muestran una suma no lineal son células Y (también llamadas células magnocelulares, M o ganglionares de la retina parasol), aunque la correspondencia entre Las células X e Y (en la retina del gato) y las células P y M (en la retina del primate) no es tan simple como parecía.
En la transferencia de señales visuales al cerebro, la vía visual , la retina se divide verticalmente en dos, una mitad temporal (más cerca de la sien) y una mitad nasal (más cerca de la nariz). Los axones de la mitad nasal cruzan el cerebro en el quiasma óptico para unirse con los axones de la mitad temporal del otro ojo antes de pasar al cuerpo geniculado lateral .
Aunque hay más de 130 millones de receptores retinianos, sólo hay aproximadamente 1,2 millones de fibras (axones) en el nervio óptico. Por tanto, se realiza una gran cantidad de preprocesamiento dentro de la retina. La fóvea produce la información más precisa. A pesar de ocupar aproximadamente el 0,01% del campo visual (menos de 2° del ángulo visual ), aproximadamente el 10% de los axones del nervio óptico están dedicados a la fóvea. Se ha determinado que el límite de resolución de la fóvea es de unos 10.000 puntos. La capacidad de información se estima en 500.000 bits por segundo (para más información sobre bits, consulte teoría de la información ) sin color o alrededor de 600.000 bits por segundo incluido el color. [59]
Cuando la retina envía impulsos neuronales que representan una imagen al cerebro, codifica espacialmente (comprime) esos impulsos para adaptarse a la capacidad limitada del nervio óptico. La compresión es necesaria porque hay 100 veces más células fotorreceptoras que células ganglionares . Esto se hace mediante la " descorrelación ", que se lleva a cabo por las "estructuras centro-circulares", que son implementadas por las células bipolares y ganglionares.
Hay dos tipos de estructuras centro-entorno en la retina: centradas y descentradas. Los on-centers tienen un centro ponderado positivamente y un entorno ponderado negativamente. Los descentrados son todo lo contrario. La ponderación positiva se conoce más comúnmente como excitatoria y la ponderación negativa como inhibidora .
Estas estructuras central-circulares no son físicamente aparentes, en el sentido de que no se pueden ver tiñendo muestras de tejido y examinando la anatomía de la retina. Las estructuras centro-entorno son lógicas (es decir, matemáticamente abstractas) en el sentido de que dependen de las fuerzas de conexión entre las células bipolares y ganglionares. Se cree que la fuerza de la conexión entre las células está causada por la cantidad y los tipos de canales iónicos incrustados en las sinapsis entre las células bipolares y ganglionares.
Las estructuras centro-entorno son matemáticamente equivalentes a los algoritmos de detección de bordes utilizados por los programadores de computadoras para extraer o mejorar los bordes en una fotografía digital. Así, la retina realiza operaciones sobre los impulsos que representan imágenes para realzar los bordes de los objetos dentro de su campo visual. Por ejemplo, en una imagen de un perro, un gato y un coche, son los bordes de estos objetos los que contienen la mayor cantidad de información. Para que las funciones superiores del cerebro (o de una computadora) puedan extraer y clasificar objetos como un perro y un gato, la retina es el primer paso para separar los diversos objetos dentro de la escena.
Como ejemplo, la siguiente matriz es el núcleo de un algoritmo informático que implementa la detección de bordes. Esta matriz es el equivalente informático de la estructura centro-entorno. En este ejemplo, cada caja (elemento) dentro de esta matriz estaría conectada a un fotorreceptor. El fotorreceptor en el centro es el receptor actual que se está procesando. El fotorreceptor central se multiplica por el factor de peso +1. Los fotorreceptores circundantes son los "vecinos más cercanos" al centro y se multiplican por el valor −1/8. Finalmente se calcula la suma de los nueve elementos. Esta suma se repite para cada fotorreceptor de la imagen desplazándose hacia la izquierda hasta el final de una fila y luego hacia abajo hasta la siguiente línea.
La suma total de esta matriz es cero, si todas las entradas de los nueve fotorreceptores son del mismo valor. El resultado cero indica que la imagen era uniforme (sin cambios) dentro de este pequeño parche. Las sumas negativas o positivas significan que la imagen variaba (cambiaba) dentro de este pequeño parche de nueve fotorreceptores.
La matriz anterior es sólo una aproximación a lo que realmente sucede dentro de la retina. Las diferencias son:
A continuación se muestra un ejemplo de una imagen de entrada y cómo la modificaría la detección de bordes.
Una vez que la imagen está codificada espacialmente por las estructuras central-circular, la señal se envía a lo largo del nervio óptico (a través de los axones de las células ganglionares) a través del quiasma óptico hasta el NGL ( núcleo geniculado lateral ). La función exacta del LGN se desconoce en este momento. Luego, la salida del LGN se envía a la parte posterior del cerebro. Específicamente, la salida del NGL "irradia" hacia la corteza visual primaria V1 .
Flujo de señal simplificado: Fotorreceptores → Bipolar → Ganglión → Quiasma → LGN → corteza V1
Existen muchas enfermedades o trastornos hereditarios y adquiridos que pueden afectar la retina. Algunos de ellos incluyen:
Además, la retina ha sido descrita como una "ventana" al cerebro y al cuerpo, dado que las anomalías detectadas mediante un examen de la retina pueden descubrir enfermedades tanto neurológicas como sistémicas. [61]
Se encuentran disponibles varios instrumentos diferentes para el diagnóstico de enfermedades y trastornos que afectan a la retina. La oftalmoscopia y la fotografía del fondo de ojo se utilizan desde hace mucho tiempo para examinar la retina. Recientemente, se ha utilizado la óptica adaptativa para obtener imágenes de conos y bastones individuales en la retina humana viva, y una empresa con sede en Escocia ha diseñado una tecnología que permite a los médicos observar la retina completa sin ninguna molestia para los pacientes. [62]
El electrorretinograma se utiliza para medir de forma no invasiva la actividad eléctrica de la retina, que se ve afectada por determinadas enfermedades. Una tecnología relativamente nueva, que ahora está ampliamente disponible, es la tomografía de coherencia óptica (OCT). Esta técnica no invasiva permite obtener una tomografía volumétrica 3D o transversal de alta resolución de las estructuras finas de la retina, con calidad histológica . El análisis de los vasos retinianos es un método no invasivo para examinar las pequeñas arterias y venas de la retina, lo que permite sacar conclusiones sobre la morfología y la función de los vasos pequeños en otras partes del cuerpo humano. Se ha establecido como predictor de enfermedades cardiovasculares [63] y parece tener, según un estudio publicado en 2019, potencial en la detección precoz de la enfermedad de Alzheimer. [64]
El tratamiento depende de la naturaleza de la enfermedad o trastorno.
Las siguientes son modalidades habituales de tratamiento de la enfermedad de la retina:
Terapia génica retiniana
La terapia génica es prometedora como vía potencial para curar una amplia gama de enfermedades de la retina. Esto implica el uso de un virus no infeccioso para transportar un gen a una parte de la retina. Los vectores de virus adenoasociados recombinantes (rAAV) poseen una serie de características que los hacen ideales para la terapia génica retiniana, incluida la falta de patogenicidad, una inmunogenicidad mínima y la capacidad de transducir células posmitóticas de una manera estable y eficiente. [65] Los vectores rAAV se utilizan cada vez más por su capacidad para mediar la transducción eficiente del epitelio pigmentario de la retina (EPR), células fotorreceptoras y células ganglionares de la retina . Cada tipo de célula puede atacarse específicamente eligiendo la combinación adecuada de serotipo , promotor y sitio de inyección intraocular de AAV.
Varios ensayos clínicos ya han informado resultados positivos utilizando rAAV para tratar la amaurosis congénita de Leber , lo que demuestra que la terapia era segura y eficaz. [66] [67] No hubo eventos adversos graves y los pacientes en los tres estudios mostraron una mejora en su función visual medida mediante varios métodos. Los métodos utilizados variaron entre los tres ensayos, pero incluyeron métodos funcionales como la agudeza visual [67] [68] [69] y la movilidad funcional [68] [69] [70] , así como medidas objetivas que son menos susceptibles a sesgos. , como la capacidad de la pupila para responder a la luz [66] [71] y mejoras en la resonancia magnética funcional. [72] Las mejoras se mantuvieron a largo plazo y los pacientes continuaron teniendo un buen desempeño después de más de 1,5 años. [66] [67]
La arquitectura única de la retina y su entorno relativamente privilegiado en materia inmunológica ayudan en este proceso. [73] Las uniones estrechas que forman la barrera hematorretiniana separan el espacio subretiniano del suministro de sangre, protegiéndolo así de microbios y de la mayoría de los daños mediados por el sistema inmunológico, y mejorando su potencial para responder a terapias mediadas por vectores. La anatomía altamente compartimentada del ojo facilita la administración precisa de suspensiones de vectores terapéuticos a tejidos específicos bajo visualización directa mediante técnicas microquirúrgicas. [74] En el ambiente protegido de la retina, los vectores AAV son capaces de mantener altos niveles de expresión transgénica en el epitelio pigmentado de la retina (EPR), fotorreceptores o células ganglionares durante largos períodos de tiempo después de un solo tratamiento. Además, el ojo y el sistema visual se pueden monitorear de manera rutinaria y sencilla para determinar la función visual y los cambios estructurales de la retina después de las inyecciones con tecnología avanzada no invasiva, como agudeza visual, sensibilidad al contraste , autofluorescencia del fondo de ojo (FAF) y umbrales visuales adaptados a la oscuridad. , diámetros vasculares, pupilometría, electrorretinografía (ERG), ERG multifocal y tomografía de coherencia óptica (OCT). [75]
Esta estrategia es eficaz contra una serie de enfermedades de la retina que se han estudiado, incluidas las enfermedades neovasculares que son características de la degeneración macular relacionada con la edad , la retinopatía diabética y la retinopatía del prematuro . Dado que la regulación de la vascularización en la retina madura implica un equilibrio entre factores de crecimiento positivos endógenos , como el factor de crecimiento endotelial vascular (VEGF) e inhibidores de la angiogénesis , como el factor derivado del epitelio pigmentario ( PEDF ), la expresión de PEDF mediada por rAAV, Se ha demostrado que la angiostatina y el receptor soluble de VEGF sFlt-1, que son proteínas antiangiogénicas, reducen la formación de vasos aberrantes en modelos animales. [76] Dado que las terapias genéticas específicas no pueden usarse fácilmente para tratar una fracción significativa de pacientes con distrofia de retina, existe un gran interés en desarrollar una terapia de factor de supervivencia de aplicación más general. Los factores neurotróficos tienen la capacidad de modular el crecimiento neuronal durante el desarrollo para mantener las células existentes y permitir la recuperación de poblaciones neuronales lesionadas en el ojo. Los AAV que codifican factores neurotróficos, como los miembros de la familia del factor de crecimiento de fibroblastos (FGF) y el GDNF, protegieron a los fotorreceptores de la apoptosis o ralentizaron la muerte celular. [76]
Trasplante de órganos Se ha intentado el trasplante de retinas, pero sin mucho éxito. En el MIT , la Universidad del Sur de California, la Universidad RWTH Aachen y la Universidad de Nueva Gales del Sur , se está desarrollando una "retina artificial": un implante que evitará los fotorreceptores de la retina y estimulará directamente las células nerviosas adheridas, con señales. desde una cámara digital.
Alrededor del año 300 a. C. , Herophilos identificó la retina a partir de disecciones de ojos de cadáveres. La llamó capa aracnoidea , por su parecido con una tela de araña, y retiforme , por su parecido con una red de pesca. El término aracnoides pasó a referirse a una capa que rodea el cerebro; el término retiforme pasó a referirse a la retina . [77]
Entre 1011 y 1021 d.C., Ibn Al-Haytham publicó numerosos experimentos que demostraban que la vista se produce a partir de la luz reflejada de los objetos en el ojo. Esto es consistente con la teoría de la intromisión y en contra de la teoría de la emisión , la teoría de que la vista se produce a partir de los rayos emitidos por los ojos. Sin embargo, Ibn Al-Haytham decidió que la retina no podía ser responsable del inicio de la visión porque la imagen que se formaba en ella estaba invertida. En cambio, decidió que debía comenzar en la superficie de la lente. [78]
En 1604, Johannes Kepler desarrolló la óptica del ojo y decidió que la retina debía ser el lugar donde comienza la vista. Dejó en manos de otros científicos conciliar la imagen de la retina invertida con nuestra percepción del mundo como vertical. [79]
En 1894, Santiago Ramón y Cajal publicó la primera gran caracterización de las neuronas de la retina en Retina der Wirbelthiere ( La retina de los vertebrados ). [80]
George Wald , Haldan Keffer Hartline y Ragnar Granit ganaron el Premio Nobel de Fisiología o Medicina en 1967 por sus investigaciones científicas sobre la retina. [81]
Un estudio reciente de la Universidad de Pensilvania calculó que el ancho de banda aproximado de la retina humana es de 8,75 megabits por segundo, mientras que la velocidad de transferencia de la retina de un conejillo de indias es de 875 kilobits por segundo. [82]
MacLaren & Pearson y sus colegas del University College London y Moorfields Eye Hospital de Londres demostraron en 2006 que las células fotorreceptoras podían trasplantarse con éxito en la retina del ratón si las células del donante se encontraban en una etapa crítica de desarrollo. [83] Recientemente, Ader y sus colegas en Dublín demostraron, utilizando el microscopio electrónico, que los fotorreceptores trasplantados formaban conexiones sinápticas. [84]
En 2012, Sebastian Seung y su laboratorio en el MIT lanzaron EyeWire , un juego de ciencia ciudadana en línea donde los jugadores rastrean neuronas en la retina. [85] Los objetivos del proyecto EyeWire son identificar tipos de células específicas dentro de las amplias clases conocidas de células de la retina y mapear las conexiones entre las neuronas de la retina, lo que ayudará a determinar cómo funciona la visión. [86] [87]
{{cite journal}}: Mantenimiento CS1: DOI inactivo a partir de enero de 2024 ( enlace ){{cite news}}: Mantenimiento CS1: varios nombres: lista de autores ( enlace )