Aplicación del modelo viscoelástico de Kelvin‑Voigt al hippus revela importantes hallazgos sobre la actividad del sistema nervioso autónomo

Por qué importan las pequeñas pulsaciones pupilares

Incluso cuando miramos una escena estable, nuestras pupilas se contraen y dilatan de forma silenciosa y rítmica. Este movimiento inquieto, llamado hippus, durante mucho tiempo se consideró un ruido de fondo inofensivo. En este estudio, los investigadores muestran que estas pequeñas oscilaciones en el tamaño pupilar transmiten en realidad una huella clara de cómo funciona nuestro sistema automático de “lucha o reposo”, y que pueden modelarse con herramientas tomadas de la física para revelar tanto la actividad nerviosa como las propiedades mecánicas del ojo.

Una mirada más cercana a la danza tranquila de la pupila

El hippus es un ritmo lento y espontáneo en el que la pupila se estrecha y se ensancha varias veces por minuto, incluso con iluminación constante. Lo impulsan dos grupos musculares del iris: uno que constriñe la pupila y otro que la dilata, cada uno controlado por ramas distintas del sistema nervioso autónomo. Estudios anteriores midieron principalmente la amplitud y la duración de estas oscilaciones, pero en gran medida ignoraron el comportamiento elástico y viscoso del propio tejido del iris. El trabajo actual combina ambos aspectos, preguntando no solo cómo se mueve la pupila, sino también cuánta fuerza se necesita para provocar ese movimiento.

Usar un modelo físico para leer señales nerviosas

Para ello, los autores aplicaron un modelo viscoelástico clásico, conocido como modelo de Kelvin‑Voigt, que describe materiales que se comportan como una mezcla de resortes y amortiguadores viscosos. Registraron cientos de ciclos de hippus en 16 deportistas adolescentes varones, tanto acostados como de pie, mientras también monitorizaban la actividad cardiaca. Luego emplearon algoritmos informáticos para ajustar cada trazo pupilar al modelo, separando las contribuciones de los músculos constrictores y dilatadores y estimando cuán rígido y cuán “viscoso” era el tejido del iris. Solo se conservaron los ciclos de hippus que encajaron bien con el modelo —aproximadamente un tercio de todas las grabaciones—, garantizando que el ruido aleatorio no distorsionara los impulsos nerviosos inferidos.

Patrones personales en el movimiento pupilar

Dentro de estas grabaciones de alta calidad, cada participante mostró una forma característica de hippus que se repetía a lo largo de los ciclos, formando una “firma” individual. Los ciclos se agruparon en tres tipos principales de duración: cortos, intermedios y largos; sin embargo, para una misma persona el patrón global fue bastante reproducible. Esto sugiere que el hippus refleja una combinación estable de la mecánica del iris de esa persona y de la manera en que sus nervios autónomos activan los músculos oculares en reposo. Al mismo tiempo, la fuerza de los impulsos nerviosos varió de ciclo a ciclo, lo que nos recuerda que el sistema está vivo y se adapta, no es una máquina rígida.

Cómo la postura y los destellos brillantes cambian la historia

Cuando los voluntarios se tumbaban, el modelo reveló impulsos parasimpáticos más fuertes —la rama asociada al reposo y la recuperación— que cuando estaban de pie. En otras palabras, la “firma” de hippus de la misma persona cambiaba de forma medible con un simple cambio de postura, marcando una alteración en el equilibrio autonómico de base. Los investigadores también compararon el hippus con la reacción pupilar más familiar a un breve destello de luz, el reflejo fotomotor. Ese reflejo requirió aproximadamente ocho veces más energía que el hippus, con movimientos pupilares mucho mayores y más estereotipados, y no varió mucho entre estar tumbado y de pie. El hippus, en cambio, pareció ser una actividad de bajo coste y finamente ajustada de fondo, mientras que el reflejo a la luz se comportó como una respuesta potente y protectora diseñada para resguardar la retina.

Diferentes ventanas al control automático del cuerpo

De forma interesante, las medidas basadas en la pupila obtenidas del hippus no siguieron de cerca las medidas estándar de variabilidad de la frecuencia cardiaca, ni coincidieron con las señales extraídas del reflejo a la luz. Esto sugiere que estas herramientas capturan facetas distintas del sistema nervioso autónomo en lugar de información redundante. El hippus parece revelar el estado basal de este sistema y cómo se adapta al contexto, mientras que el reflejo a la luz muestra su reserva de emergencia cuando el ojo está sometido a luz intensa. Al tratar la pupila no solo como una apertura simple sino como un pequeño sistema mecánico vivo, este trabajo abre la puerta a usar los movimientos oculares silenciosos como una sonda sensible y no invasiva de la función del sistema nervioso en deportistas y pacientes.

Cita: Giovannangeli, C.J.P., Borrani, F., Broussouloux, O. et al. Application of the Kelvin-Voigt viscoelastic model to hippus reveals major insights into the autonomic nervous system activity. Sci Rep 16, 10673 (2026). https://doi.org/10.1038/s41598-026-45875-6

Palabras clave: dinámica pupilar, sistema nervioso autónomo, hippus, fisiología del deporte, variabilidad de la frecuencia cardiaca