UNA VENTANA AL MUNDO DE LA PASIÓN CIENTÍFICA

Lo que el cerebro de silicio le enseña al cerebro biológico


Texto escrito por Carlos Sánchez

En esta serie de entradas vamos a intentar explicar algunos conceptos sobre la forma que tiene nuestro cerebro de procesar la información somatosensorial y motora, y del parecido que se va descubriendo con el funcionamiento de algunos algoritmos informáticos, lo que nos permitiría emular de forma artificial algunos de estos procesos cerebrales en máquinas y robots.

Comencemos hablando de fútbol. ¿Fútbol? Sí, fútbol. ¿Pero esto no iba de neurociencia? Sí, pero veremos cómo esta palabra puede relacionarse con campos tan dispares como el fútbol y la exploración espacial, y es que, como todo en ciencia, una vez que adquirimos el conocimiento podemos aplicarlo en infinidad de campos. Knowledge is power, como explicó el gran Francis Bacon.

En esta entrada hablaremos principalmente de una zona de nuestro cerebro que procesa la información táctil y la propioceptiva. La información táctil la conocemos todos, es la que viaja por las neuronas que inervan nuestra piel y denominamos comúnmente “tacto”. Todos poseemos receptores especializados en nuestra piel que detectan cambios de presión, sustancias químicas, temperatura… y la transforman en impulsos eléctricos, que es el lenguaje de las neuronas. Pero, además de estos receptores “externos”, poseemos otros receptores “internos” que informan a nuestro cerebro de la posición de nuestro cuerpo y nos permite saber la posición, consciente e inconscientemente, de cada una de las partes de nuestro cuerpo. Este sentido se denomina “propiocepción” y sus receptores pueden medir la tensión de cada músculo y ligamento, la posición de la cabeza y el equilibrio…

Propioception

Toda esa información de presión, tensión, posición de la cabeza, etc., nos sirve para quitar la mano rápidamente cuando nos quemamos o nos pinchamos, para saber si tenemos alguna lesión o herida, para caminar de pie y saber si nos caemos, y otras muchas cosas que nos ayudan a sobrevivir. Pero la mejor parte de todo esto es la que nos permite jugar al fútbol, por decir una actividad motora compleja y bien conocida. Y es que resulta que toda esta información sensorial confluye en varias zonas de nuestro cerebro, una de ellas, de la que hablaremos hoy, denominada corteza somatosensorial. Esta confluencia, aunque no nos demos cuenta, es la que diferencia nuestros movimientos suaves y rápidos, de los lentos y cuadriculados (de momento) de los robots más avanzados.

Entremos en faena. Todos vemos la diferencia entre alguien que lleva años jugando al fútbol y alguien que comienza a darle patadas a una pelota y el balón sale despedido casi al azar, pero cuando uno ya tiene automatizados los movimientos no se da cuenta de la cantidad de aprendizaje y procesos que hay detrás. Empecemos desde el principio, vamos a ver lo que supone dar una patada a un balón en reposo.

Primero, tenemos que mantener el equilibrio sobre una pierna a la vez que balanceamos la otra. Para ello, el oído interno, que contiene una especie de acelerómetro (como los móviles para saber en qué posición están) envía información a la corteza somatosensorial sobre la posición de la cabeza con respecto a la gravedad, y esta información se combina con la proveniente de los ojos para conocer nuestra posición con respecto al suelo, si estamos de pie, acostados, inclinados… Además, todos los músculos, tendones y ligamentos envían su información sobre la posición relativa de todo nuestro cuerpo. Recordemos que tenemos unos 650 músculos y que cada músculo contiene multitud de estos receptores. Esta ingente cantidad de información se procesa en la corteza somatosensorial (y otras, pero no podemos extendernos tanto) y así “conocemos” (recordemos que no tiene por qué haber consciencia) la posición actual de nuestro cuerpo. Saber esto y mantener el equilibrio ya es de por sí un hito, si no que se lo digan a los ingenieros de robots bípedos, pero es un tema que daría para otra entrada completa.

Pero, ¿para qué quiero conocer todo esto si yo lo que quiero es moverme? pues por algo con mucha lógica en lo que no solemos pensar, y es que nuestro cerebro vive en el pasado. Me explico. El cerebro está totalmente aislado del resto del organismo por una barrera física denominada barrera hematoencefálica y protegido físicamente por las meninges. Es el niño mimado del cuerpo. Por lo tanto, (casi) toda la información que recibe del mundo exterior es mediante impulsos eléctricos, el cerebro no VE ni OYE ni nada parecido, solo entiende de impulsos eléctricos. Si vemos algo con la retina, esta información visual se transforma en impulsos eléctricos que son los que llegan al cerebro, lo mismo para el resto de información que le llega, pero estos impulsos emplean cierta cantidad de tiempo en llegar al cerebro, otra cierta cantidad en procesar la información y crear la percepción de “VER”, y otra cierta cantidad en enviar la información motora y que la mano o la pierna se mueva, por lo que desde que vemos el balón que queremos golpear hasta que lo golpeamos, pasa una cantidad apreciable de tiempo en la que el balón puede cambiar de posición. Para tener éxito y golpear el balón, lo que el cerebro hace es una predicción, calcula donde estará el balón en el momento en que la pierna vaya a golpearlo y esa información es la que envía, es decir, trabaja continuamente con información del pasado en base a la cual calcula lo que ocurrirá en el futuro y actuará en consecuencia.

Seguimos con la patadita. Si conocemos nuestra posición actual, y poseemos una máquina de predecir el futuro, que la tenemos (aunque algunos parece que no), estamos preparados para iniciar los movimientos. Si tuviéramos que movernos en un solo eje, por ejemplo horizontalmente, necesitaríamos saber únicamente nuestro valor en un eje, X, para ahora movernos a X+1, pero como nuestro cuerpo nos permite movernos en muchísimas direcciones y cada parte corporal puede moverse con relativa independencia de las demás, necesitamos una plétora de valores espaciales y otras tantas indicaciones motoras para cada movimiento, pero esto ya lo aprendimos de pequeños al aprender a movernos, así que continuamos.

Las partes corporales que aparecen superpuestas nos indican que si estimulamos eléctricamente esa zona, 1- se moverá esa parte del cuerpo si es en la corteza motora y, 2- sentiremos como si nos tocaran en esa zona del cuerpo si es en corteza sensorial

Las partes corporales que aparecen superpuestas nos indican que si estimulamos eléctricamente esa zona, 1- se moverá esa parte del cuerpo si es en la corteza motora y, 2- sentiremos como si nos tocaran en esa zona del cuerpo si es en corteza sensorial

Junto a la corteza somatosensorial se localiza la corteza motora, relacionada con la planificación y elaboración de tareas motoras complejas, como la que nos atañe. Ambas cortezas, somatosensorial y motora, están profundamente interconectadas, por el motivo que acabamos de comentar. La corteza motora prepara la orden de dar una patada, envía esta información a la corteza somatosensorial (luego veremos para qué) y la manda mediante otras vías nerviosas a los músculos esqueléticos (los encargados de los movimientos). Aquí volvemos a tener otro mogollón de información, porque todos sabemos que para dar una patada tenemos que mover la pierna que queremos, mantener cierta tensión en la pierna contraria y mover los brazos y el tronco para mantener el equilibrio, por lo que mandamos información a muchísimos músculos que tienen que actuar en perfecta sincronía.

Pues bien, ¿qué ocurre cuando golpeamos un balón y no tenemos experiencia? que esta perfecta sincronía se rompe, porque nuestro cerebro sabe predecir el movimiento de una patada, pero si al final del recorrido de la pierna tenemos un obstáculo que opone resistencia, como es un balón, la pierna se frenará antes de lo previsto por el cerebro, además notaremos como algo nos toca el pie. Este sobresalto, los acontecimientos imprevistos, sirven como feedback para la corteza somatosensorial, que informa a la motora y permite ajustar el siguiente movimiento de la pierna para tener en cuenta esta nueva información, por lo que la siguiente patada irá preparada con un poco mas de fuerza para mover el balón, pero seguramente ahora nos pasemos de rosca y le demos demasiado fuerte. De nuevo mas información a somatosensorial para corregir la patada. De esta forma, con la práctica y el aprendizaje, vamos perfeccionando la patada hasta conseguir el efecto que nosotros queremos.

Con el ejemplo pretendo simplificar las cosas para comprender bien el meollo de la cuestión, por lo que podemos pensar “pues vaya tontos que tardan años en saber darle una patada a un balón”. Pero la realidad es que debemos aprender estos ajustes para cada uno de los músculos que están involucrados en este movimiento, y cualquier contracción con mayor o menor fuerza de la correcta o en un momento fuera de la sincronía global, lleva a error. Además, debemos ajustar también la posición del pie para golpear el balón justo por la zona que queremos, por lo que sin saberlo, mediante ensayo y error, estamos aplicando ecuaciones de trayectorias para predecir donde acabará el balón si le damos con esta o aquella parte del pie. También debemos aprender a predecir la trayectoria del balón en movimiento, porque desde que vemos el balón hasta que movemos la pierna, el balón se ha desplazado y está en otro sitio diferente, cosa que el cerebro debe predecir y calcular el momento justo para golpear “al aire” y que en ese momento el balón pase por ahí. Esto, por experiencia propia, se perfecciona hasta el punto de poder predecir la posición del balón mirando los movimientos del jugador antes de golpearlo. Y por si fuera poco, ahora tenemos que meterle la dificultad de hacer esto mientras corremos, donde los músculos están ya actuando para lograr otros movimientos, además del viento que puede desestabilizarnos, de los golpes contra otros jugadores que también van a desplazar nuestro cuerpo, etc. Y recordemos, todo ello debe ajustarlo nuestro cerebro en base a esa información del pasado, para que un instante después, cuando nuestro cuerpo y el balón estén en otra posición, logremos hacer lo que realmente queremos hacer.

Del mismo modo, podemos aplicar estos conocimientos a cualquier movimiento que se nos ocurra, como aprender a conducir un coche, donde dejamos de pensar en cómo meter las marchas, o adaptamos la fuerza que aplicamos sobre el embrague en función del coche que cogemos, con algunos fallos al cambiar de coche, pero que se ajusta automáticamente a los pocos intentos y dejamos de dar acelerones.

Pues bien, gran parte de todo este trabajo se realiza en la corteza somatosensorial, que parece jugar un gran papel como adivino (con su bolita del futuro y todo, solo que ésta funciona), y veremos cómo lo logra en la siguiente entrada.

Un comentario
  1. Pingback: Así sentimos el movimiento | ULÛM |

Leave a Reply

Your email address will not be published. Required fields are marked *