Sistema fotoneuroendocrino y fotorrecepción no visual
 Antonio Jesús Jiménez Lara y José Manuel García Fernández

 La luz ambiental no sólo ayuda a los organismos a reconocer las formas que lo rodean, sino también influye en actividades fisiológicas y conductuales y en el mantenimiento de ritmos biológicos con diferentes periodicidades, como son las diarias o anuales. En este segundo sentido es de crucial importancia el sistema fotoneuroendocrino.
El concepto de sistema fotoneuroendocrino fue propuesto por Scharrer (el descubridor de la neurosecreción) en 1964. Este sistema se encarga de integrar información intrínseca y extrínseca para el control de las funciones autónomas en organismos invertebrados y vertebrados. Dicho control va mediado por una parte del sistema óptico diferente del de la visión y reflejos ópticos. Se puede considerar, en cuanto a vertebrados se refiere, que el sistema fotoneuroendocrino estaría en tres niveles: uno que comprende conexiones desde la retina que van hacia áreas concretas del hipotálamo (retino-hipotalámicas); otro localizado en otras regiones del diencéfalo; y el órgano pineal. Cada uno de tales niveles posee células que llevarían a cabo una foto-rrecepción no visual: en la retina para el primer nivel nombrado; esparcidas en el diencéfalo para el segundo; y dentro de la pineal en el tercero (figura 1).

En cuanto al órgano pineal, en vertebrados no mamíferos contiene células directamente fotorreceptoras llamadas pinealocitos que son parecidas a los conos de la retina, pero con una capacidad adicional de secretar una hormona a la sangre, llamada melatonina, en función a la luminosidad ambiental. En cambio, en mamíferos, los pinealocitos han perdido su capacidad fotorreceptora pero siguen secretando melatonina, aunque en este caso la información de la luminosidad accede por una vía indirecta desde la retina.
Las conexiones retinohipotalámicas llevan una información desde células retinianas hasta dos áreas llamadas núcleo supraquiasmático y núcleo intergeniculado. El núcleo supraquiasmático funciona como un sistema marcapasos que se sincroniza mediante la información luminosa y es capaz de controlar los ritmos circadianos, llamados así por tener una periodicidad aproximada de un día. Dentro de este sistema, uno de los interrogantes planteados es saber cuál célula de la retina es la responsable de una fotorrecepción que no es para la visión, sino para informar al hipotálamo y al marcapasos circadiano. Esa célula podría ser una clase de cono o bastón o un tipo de célula especial no reconocida hasta ahora. Para resolver este problema existen dos modelos animales interesantes. En primer lugar aminales como el topo, que son prácticamente ciegos y presentan una correcta sincronización de sus ritmos circadianos. El segundo modelo es el de unos ratones con una mutación llamada rd (de retinal degeneration) que afecta a la subunidad a de la fosfodiesterasa del GMPc, enzima que interviene en la fototransducción. Los animales con dicha mutación en homocigosis son a los pocos días de edad totalmente ciegos, pero en cambio presentan una adecuada sincronización de sus ritmos circadianos. El estudio de estos ratones parecía por tanto adecuado para investigar cuáles son las células responsables de la fotorrecepción no visual en la retina de mamíferos. Un resultado sorprendente es que en sus retinas desaparecen conos y bastones de amplias regiones, pero permanecen unos 2.000 conos en una parte concreta. Si se corta el nervio óptico que conecta estos fotorreceptores con el núcleo supraquiasmático, desaparecen los ritmos circadianos. Curiosamente, el modo en el que quedan estas células es muy semejante al de ciertas enfermedades de ceguera en humanos y en otros modelos animales.
A diferencia del conocimiento que se tiene de estos dos niveles, el tercer nivel, el llamado de los fotorreceptores diencefálicos o "profundos" del encéfalo es casi enigmático. Estos fotorreceptores, que se encuentran en todos lo vertebrados excepto en mamíferos, influyen en los ritmos biológicos y también en actividades no rítmicas que son respuestas fisiológicas y de comportamiento a la luz. La primera evidencia de su existencia se tuvo en 1911, cuando Karl von Frisch comprobó en el pez Phoxinus phoxinus cambios en la pigmentación de la piel dependiendo de la luz que se mantenían aún después de la extirpación de los ojos y el órgano pineal. En cambio, la provocación de lesiones en el diencéfalo, en áreas cercanas a los ventrículos cerebrales, anularon dichas repuestas. Posteriormente, Scharrer encontró en este mismo pez que también mediaban reflejos de natación y alimentación. Una cantidad considerable de luz es capaz de atravesar el cráneo y parte del encéfalo, inadecuada para dar una información visual, pero suficiente para revelar los niveles de iluminación ambiental. Sucesivamente, en los años 30, aparecieron observaciones similares en lampreas, anfibios, reptiles y aves. Son importantes los trabajos llevados a cabo en gorriones por Menaker y sus colaboradores entre los años 60 y 70, ya que renovaron el interés por estos fotorreceptores. Hoy en día todavía se especula sobre la localización de los fotorreceptores encefálicos.
En una región muy concreta del encéfalo del lagarto Anolis carolinensis, se ha determinado la presencia de pigmentos fotorreceptores como los que poseen los conos y bastones de la retina. Se ha comprobado que la luz provoca los pertinentes cambios moleculares a la parte de estos pigmentos que deriva de la vitamina A, del mismo modo que ocurre en la fotorrecepción visual. Las células que se detectaron conteniendo estos fotopigmentos estaban cerca de los ventrículos, en contacto con el líquido cefalorraquídeo. Del mismo modo, se ha podido comprobar en tres especies diferentes de lampreas adultas, la existencia de células localizadas en áreas diencefálicas concretas, contactando con el ventrículo, poseedoras de pigmentos fotorreceptores y moléculas implicadas en la fototransducción y en la fotoadaptación. Células con estas características están siendo encontrandas en áreas concretas del diencencéfalo en numeras especies de peces, anfibios, reptiles y aves.

Parece ser que los tipos celulares que llevan a cabo la fotorrecepción no visual, independientemente de donde se encuentren (retina, órgano pineal y diencéfalo), muestran una característica común: la de estar cerca del ventrículo y contactar con el líquido cefalorraquídeo. El hecho de contactar con el líquido cefalorraquídeo es considerado un característica neuronal primitiva. Por eso Vigh-Teichmann y Vigh definieron a estas células como protoneuronas (figura 2). Un hecho tan fundamental como la sincronización fisiológica y de comportamiento en relación con la luminosidad ambiental se habría establecido pronto y perdurado en la evolución del sistema nervioso central.

 Antonio Jesús Jiménez Lara es profesor titular de la Universidad de Málaga; José Manuel García Fernández es profesor Titular de la Universidad de Oviedo