David H. Hubel y la neurociencia de la visión, un recuerdo personal

Carlos Acuña Castroviejo. Laboratorios de Neurociencia. Facultad de Medicina. Univeridad de Santiago de Compostela

La desaparición de una personalidad científica que ha revolucionado la manera como conocemos el cerebro es una pérdida cultural y también emocional para los que hemos tenido relación con él. Es este el caso del profesor David H. Hubel quien ha fallecido el pasado 22 de septiembre  de 2013 en Lincoln, Massachusetts, a la edad de 87 años. Su mujer, Ruth, había fallecido el pasado febrero.

Los profesores David Hubel y Torsten Wiesel recibieron en 1981 el Premio Nobel en Fisiología o Medicina. Con esta concesión se premiaban las aportaciones más importantes al conocimiento de la fisiología del sistema visual, organización funcional del cerebro y a la manera multidisciplinar de abordar su estudio. Desde entonces, el profesor Hubel ha continuado haciendo aportaciones fundamentales al conocimiento del sistema visual, contribuyendo de forma especial a la revolución intelectual en neurociencia a la que estamos asistiendo en los últimos años.

Para comprender en toda su dimensión el significado de sus aportaciones debemos recordar que los conceptos y conocimientos de la fisiología del cerebro y del sistema visual en particular en los años 1950, cuando Hubel y Wiesel comenzaron sus trabajos en el Johns Hopkins Medical School, eran diferentes a los actuales, y muy escasos. En aquellos momentos se debatía la cuestión de la localización cerebral y la electrofisiología dependía fundamentalmente del registro electroencefalográfico, de los potenciales evocados y de la estimulación eléctrica. La introducción del microelectrodo como técnica de registro de la actividad de una neurona –la unidad funcional del cerebro- significó un cambio cualitativo importante, ya que permitió conocer las respuestas de dichas células a estímulos naturales. El profesor Hubel luchó además por evitar la separación y reunir los componentes de lo que hoy llamamos Neurociencia: la anatomía, la fisiología y la bioquímica.

David Hunter Hubel nació en Windsor, Ontario, Canadá el 27 de febrero de 1926. Estudió Medicina en la McGill University y, en el año 1955 es Research Fellow en el Walter Reed Army Institute of Research, en USA, desde donde pasa a la Johns Hopkins Medical School en Baltimore, y un año después a la Harvard Medical School donde ha continuado desarrollando su trabajo, en un claro ejemplo de fidelidad a la institución. Las aportaciones del profesor Hubel al conocimiento de la fisiología visual han sido fundamentales y pueden resumirse en cuatro logros principales.

David Hubel junto con Torsten Wiesel demostraro que las células de la corteza visual son capaces de detectar imágenes visuales apropiadas; es decir, las células de la corteza visual son selectivas a patrones del estímulo. Demostraron que el patrón de estímulo más adecuado no es el mismo a lo largo de la vía visual, desde la retina  a la corteza visual, así como que el estímulo al cual responden las células visuales es el formado por bordes con contraste y una orientación determinada. Las implicaciones de estos descubrimientos fueron revolucionarios. Dejó de pensarse en la corteza del cerebro visual como una estructura de miles de células cada una participando en la reconstrucción de la escena visual. El cambio implica que cada célula se activa solo por su propio estímulo, lo que quiere decir que, cuando se activa, está señalando algo específico sobre la naturaleza de la imagen en una región particular del campo visual.

En la corteza visual descubrieron neuronas que se activan cuando el estímulo entra por cualquiera de los dos ojos y que el campo receptor de cada ojo estaba aproximadamente localizado en la misma región del campo visual. Esto implica que cuando los ojos están alineados, un objeto en la escena visual activará simultáneamente la misma célula visual a través de los dos ojos. El hallazgo de estas células binoculares tiene particular importancia para explicar la percepción en profundidad o estereópsis, ya que la comparación de las imágenes de ambos ojos permite al cerebro determinar la posición relativa de los objetos en el espacio.

En la corteza visual existe una representación detallada del campo visual. La tercera gran contribución de Hubel y Wiesel fue revelar la microestructura funcional de la corteza visual. En cada mm³ de la corteza visual descubrieron una distribución regular de dominancia ocular, es decir, de células que prefieren un ojo u otro para ser activadas y de ejes de orientación, de células que prefieren un patrón de estímulo con determinada orientación. Rafael Lorente de Nó, en 1938, ya había descrito una organización anatómica en columnas de las neuronas de la corteza cerebral y en los años 1960 Vernon B. Mountcastle, en la corteza cerebral somestésica, ya había descubierto que las columnas de células compartían las mismas características funcionales.  A partir de ahí Hubel y Wiesel descubrieron que en la corteza visual las neuronas se ordenan según su preferencia a la orientación de los estímulos y al ojo por donde llegan esos estímulos.

La cuarta aportación importante, de gran trascendencia clínica, ha sido conocer el desarrollo temporal de la plasticidad del sistema visual. Un ojo estrábico termina realizando su función mucho peor que el sano. Hubel y Wiesel definieron el rango crítico de edad dentro del cual el desarrollo de la corteza visual se modifica por la experiencia, el determinismo ontogenético de la función del sistema visual pero también la plasticidad de la respuesta a cambios en la experiencia visual. Estos hallazgos han tenido una gran repercusión en la clínica oftalmológica.

Tanto David Hubel como Torsten Wiesel han estado muy ligados a los Laboratorios de Neurociencia de la Universidad de Santiago de Compostela. Todo comenzó con un programa de investigación del sistema visual que llevó a post doctorandos de mi laboratorio continuar fuera de España su formación en la neurociencia de la visión. El primero fue el Dr Francisco González quien realizó una estancia postdoctoral con el Dr Gian F. Poggio, el descubridor de las neuronas en la corteza visual que responden a la disparidad retiniana, en el Department of Physiology de la Johns Hopkins University en 1984. Después, en 1990 el Dr Javier Cudeiro se desplazó al Institute of Ophthalmology en el University College de Londres para trabajar con el Dr Adam Sillito, quien combinando técnicas farmacológicas y electrofisiológicas había demostrado las interrelaciones tálamo-cortico-corticales en la función visual, y que el Dr. Cudeiro continuaría después en la Universidad de La Coruña. El siguiente fue el Dr José Manuel Alonso, quien después de una entrevista con Torsten Wiesel en un congreso en Alicante en 1992 continuó su trabajo en la Rockefeller University y actualmente en la State University of New York.

Conocí a David Hubel en julio de 1989, en una reunión de la Universidad Internacional Menéndez y Pelayo celebrada en Valencia; como yo había hecho mi post-doctorado en la Johns Hopkins University con Vernon B. Mountcastle, recordamos aquel ambiente y me contó anécdotas de su estancia en el Hopkins con Vernon. En julio de 1996 se celebró en Soria una reunión de neurociencia en la Fundación Duques de Soria, organizada por el Dr. Carlos Belmonte, en la que participó David Hubel. David estaba buscando un post-doc y en aquella reunión le presenté a una de mis recientes doctoras, Susana Martínez-Conde, quien fue aceptada y desde 1997 continuó su trabajo en Harvard Medical School, y actualmente en el Barrow Neurological Institute, en Phoenix, Arizona. Después de aquella reunión un grupo de amigos hicimos con David Hubel y su mujer Ruth un viaje por tierras de Aragón para visitar Petilla de Aragón, la cuna de Santiago Ramón y Cajal (foto), que David tenía especial interés en conocer. En junio del año siguiente, invité a David Hubel a Santiago de Compostela, a donde llegó con su mujer Ruth, y donde pronunció una conferencia en la Facultad de Medicina, “Separate pathways for form, color, movement and depth perception in primates”.

Su desaparición se lleva a un gran científico, que luchó por la investigación animal y por el desarrollo de la neurociencia en España, además de a un amigo.

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Delante de la casa donde nació Santiago Ramón y Cajal, Petilla de Aragón. De izquierda a derecha. Roberto Gallego, Ruth Hubel, Carlos Belmonte, el Alcalde de Petilla, Amparo Quiroga, Carlos Acuña, Anny de Belmonte. Julio 1996.