Artículo 1: Lo que el cerebro de silicio le ensena al cerebro biológico
Artículo 2: Así sentimos el movimiento
Artículo 3: Y el cerebro de silicio habló
En la entrada anterior, vimos algunos fundamentos sobre la corteza somatosensorial, un área del encéfalo, concretamente de la corteza cerebral, a la que llega la información táctil de todo nuestro cuerpo [1]. Las primeras evidencias sobre la función de la corteza somatosensorial vinieron de los experimentos llevados a cabo por Wilder Penfield, neurocirujano canadiense que allá por los años 40-50 del siglo pasado, se dedicó a “mapear” la corteza cerebral. Recordemos que por aquella época la anestesia estaba poco desarrollada y se utilizaba únicamente en casos excepcionales; además, el cerebro no posee nociceptores, no siente dolor, por lo que para realizar una cirugía craneal basta con utilizar anestesia local para adormecer la piel.
Aprovechando la oportunidad que ofrecían las operaciones cerebrales de pacientes con epilepsia, Penfield aplicaba pequeñas corrientes eléctricas sobre puntos específicos de la corteza cerebral, y preguntaba a los pacientes qué percibían. De esta forma, comprobó cómo al estimular la región dorsal (por encima de la nuca) los pacientes veían destellos luminosos, y cómo, estimulando la región intermedia (sobre la coronilla), los pacientes percibían sensaciones táctiles, y estimulando en la zona anterior a esta, se movían las diferentes partes del cuerpo.
Con todos estos datos se sacaban dos conclusiones; por una parte, que en la corteza cerebral se halla la “consciencia”, ya que todas las sensaciones descritas por los pacientes eran conscientes, al contrario que al estimular regiones más profundas; y, por otra parte, se comprobó que cada modalidad sensorial o motora estaba localizada en una zona concreta. Pero las sorpresas no acaban aquí. Resultó que no todas las partes del cuerpo ocupaban el mismo tamaño de corteza somatosensorial (o motora). Las partes más sensibles del cuerpo, como las manos o los labios, ocupaban una gran región, de modo que, estimulando esa amplia región, se obtenían sensaciones táctiles en diferentes partes de los labios o las manos. Sin embargo, para “sentir” algo en la espalda, el área de corteza estimulada era muy pequeña. Otro tanto de lo mismo ocurría para los movimientos de las diferentes partes corporales.
De este modo, se construyó un homúnculo, un modelo, que representaba el tamaño relativo del cuerpo basándonos en el área de corteza somatosensorial que ocupan, esto es, basándonos en cómo realmente percibimos nuestro cuerpo. Y obtenemos algo tan bonito como esto:
Hasta aquí todo bien, bonito (¡ejem!), perfecto, pero al estudiar en profundidad la corteza somatosensorial empiezan a aparecer fenómenos contra-intuitivos.
Durante mi trabajo fin de máster tuve la oportunidad de registrar la actividad de la corteza somatosensorial (en ratones), lo que nos ayuda enormemente a la hora de comprender el funcionamiento del cerebro, ya que en animales podemos registrar la actividad de una región cerebral y, simultáneamente, que el animal realice diferentes tareas y así poder observar alguna correlación. El caso es que, durante las sesiones de registro, si al animal le tocábamos las vibrisas (bigotes), observábamos una gran actividad eléctrica en la corteza somatosensorial (para los ratones las vibrisas son como para nosotros las manos), pero si el animal comenzaba a caminar esta actividad desaparecía, ¿por qué sucedía esto? Si las vibrisas seguían siendo estimuladas y, además, otras partes del cuerpo también, como las patas al caminar, ¿por qué la respuesta cortical desaparecía en lugar de aumentar o, al menos, mantenerse?
Diferentes animales poseen diferentes homúnculos, dependiendo de su historia evolutiva y del aprendizaje a lo largo de su vida, ya que, al amputar un miembro, la región que ocupaba el miembro amputado ahora es “invadida” por otra región corporal.
Y aquí es cuando comienza la labor detectivesca de un investigador (léase Revisión Bibliográfica). Sabíamos que este fenómeno de “silenciamiento” se había observado en multitud de ocasiones, ¿no habría algún estudio científico que lo hubiera abordado en profundidad? Comenzamos a buscar y descubrimos que no solo hay algunos artículos referentes al fenómeno, sino que hay toda una teoría y una gran cantidad de experimentos enfocados únicamente a desentrañar este misterio.
Volvamos al ejemplo de la primera entrada, el personaje patea-balones. Cuando la corteza motora manda la señal de dar una patada al balón, envía una serie de señales eléctricas a los diferentes músculos para que se contraigan en el orden y con la fuerza correctas, pero, además, manda una copia de esas señales a la corteza somatosensorial. ¿Por qué se toma esa molestia, ese gasto metabólico?
Hay varias hipótesis, una de las cuales afirma que esta copia sirve para predecir las sensaciones que nuestros movimientos nos causarán. Si volvemos a la primera entrada de esta serie, hablamos del cerebro como una máquina que vive en el pasado, que tiene que predecir continuamente cómo estará el mundo externo (y nosotros mismos) en el futuro, porque la información, tanto externa como interna, necesita tiempo para atravesar los cables que la llevan al cerebro, tiempo para ser procesada, y tiempo para dar una señal de respuesta, con lo cual actúa con información del pasado y toma decisiones que se llevarán a cabo en el futuro.
Ahora bien, nos quedamos con que, si voy a mover la pierna, una copia es enviada a la corteza somatosensorial y activará las zonas de la pierna y de los músculos que intervengan en el movimiento (información táctil simulada), creando una especie de modelo, de predicción, de molde de la respuesta sensorial que evocará ese movimiento. Ahora bien, esta copia que envía la corteza motora hace una especie de negativo, prepara (antes del movimiento) la corteza somatosensorial para cuando, efectivamente, el movimiento se produzca, la información sensorial (real) que llegue a la corteza somatosensorial sea cancelada, sustraída de esta actividad previa.
¿Y esto por qué?
Pues resulta que ahora tenemos un detector de errores cojonudo. Si la pierna se mueve como esperamos, como predice el cerebro, si nuestro cuerpo funciona de puta madre, la información sensorial que llegue del resto del cuerpo será cancelada con este molde negativo, pero cualquier fallo, tanto si es por una perturbación externa, como un balón que nos frena la pierna, como una perturbación interna, porque el músculo está fatigado y se mueve más lentamente, por ejemplo, habrá respuestas sensoriales no predichas, que activarán la corteza somatosensorial y darán una señal de error que resaltará sobre el resto de la actividad cerebral, porque no ha sido cancelada.
De esta forma, la corteza somatosensorial actúa como feedback enviando una señal de error a la corteza motora, para que pueda rectificar su actividad y mandar la siguiente señal, la siguiente patada, habiendo corregido este error.
Este fenómeno de cancelación ha sido observado además en el sistema auditivo, durante la vocalización, de forma que cuando hablamos, nuestro cerebro “sabe” qué sonido recibirá y lo cancela previamente, pudiendo así discernir entre nuestro habla y el de otras personas.
También se utiliza para corregir errores más complejos, más indirectos. Por ejemplo, teniendo un objetivo, como puede ser patear un balón y meterlo en una portería, creamos un modelo interno de lo que queremos, una expectativa. Cuando golpeemos el balón, por una parte actuará el detector de errores de la corteza somatosensorial para que el cuerpo patee como es debido, pero además comparamos el resultado final, la trayectoria del balón, con nuestra expectativa, en este caso que el balón entre en la portería, y así el cerebro va ajustando todas las variables, los comportamientos, para disminuir esa señal de error y que podamos patear el balón obteniendo el resultado adecuado, obteniendo así una precisión tan espectacular como la que obtienen los deportistas de élite en cualquier modalidad.
Por último, comentar algunas consecuencias, enfermedades, que aparecen cuando este sistema de detección de errores falla. Algunos ejemplos son el Síndrome de la mano extraña, enfermedad en la que existe una incapacidad de reconocer conscientemente un miembro corporal como propio, el cual suele realizar actos complejos, como abotonarse una camisa, recoger objetos, pasar páginas de un libro…, de manera inconsciente e incontrolada por el sujeto. Otro ejemplo, quizás aún más dramático, es el de la esquizofrenia, donde hay una manifiesta incapacidad de diferenciar entre los actos o pensamientos propios, de los causados por agentes externos, confundiendo de este modo los pensamientos o el habla propios, con entidades imaginarias que les hablan.
Todos estos problemas siguen sin una explicación completa, sin un conocimiento en profundidad de sus causas, pero parece que la corteza somatosensorial tiene mucho que decir, sobre todo este fenómeno de “cancelamiento” que hemos estado comentando.
PD: imagen de portada sacada de: uwosh.edu
Referencias
[1] Lo que el cerebro de silicio le ensena al cerebro biológico
