neurociencia

¿Cómo reacciona el cerebro cuando se cae la taza del café?

Una pregunta tan simple ayuda a los neurocientíficos a diseñar brazos artificiales más precisos

¿Cómo reacciona el cerebro cuando se cae la taza del café? Archivo

pilar quijada

22/01/2014
Actualizado a las 19:23h.

Habitualmente no somos conscientes de cómo el cerebro lleva a cabo acciones tan aparentemente simples como alargar el brazo para alcanzar la taza de café que está sobre la mesa. O para lograr otros movimientos que requieren algo más de improvisación y habilidad, como atrapar al vuelo algo que nos lanzan o evitar que caiga al suelo la taza de café que pretendíamos coger.

En el primer caso, cuando nuestros brazos se mueven para llevar a cabo una acción planeada, las neuronas están en posición de “preparados”, a la espera del pistoletazo de salida. Algo parecido a lo que ocurre, unos minutos antes del inicio de una carrera de velocidad, cuando los atletas están agachados en posición de listos antes de oír la señal para empezar a correr. Las neuronas en este caso están listas para coger la tazar con la mayor precisión posible.

Sin embargo, si ese día estamos torpes y la taza está a punto de caer al suelo, tenemos que poner a prueba nuestros reflejos y el cerebro ha de reaccionar inmediatamente, sin tiempo para planear mucho los movimientos. La idea sería “atrápalo como puedas”.

Observaciones como estas, tan aparentemente banales, suponen un gran reto para neurocientíficos como Krishna Shenoy , profesor de ingeniería eléctrica, bioingeniería y neurobiología de la prestigiosa Universidad de Standford. Shenoy y su grupo quieren entender mejor cómo el cerebro controla los movimientos para diseñar sistemas artificiales que ayuden a las personas con movilidad reducida. El objetivo: diseñar prótesis controladas con el cerebro que permiten a las personas con algún miembro paralizado recuperar su función motora.

La vida es movimiento

“Es difícil apreciar la importancia que para nosotros tiene el movimiento en la vida cotidiana hasta que esa capacidad se pierde debido a una enfermedad o una lesión neurológica. El movimiento es la forma en que interactuamos y nos comunicamos con el mundo. Movemos las piernas y los pies para caminar, los brazos y manos para manipular los objetos que nos rodean y nuestra lengua y las cuerdas vocales para hablar. El movimiento es fundamental para una buena autoestima y el bienestar psicológico”, escribía Shenoy un artículo reciente.

En un trabajo publicado en el último número de la revista “ Neuron ”, un equipo dirigido por Shenoy presenta un modelo matemático de la actividad del cerebro cuando lleva a cabo acciones planeadas o improvisadas para atrapar objetos, un paso más para lograr su objetivo. La investigación ha sido llevada a cabo con monos, en los que se ha registrado la actividad eléctrica en las cortezas motora y premotora.

Hallazgo inesperado

Y lo que han descubierto es que, cuando los monos sabían que tenían que realizar un movimiento y esperaban a que el parpadeo de una luz les diera el visto bueno para hacerlo, las neuronas estaban en posición de “preparados”, esperando a la señal luminosa, como los atletas a punto de empezar a correr. Sin embargo, cuando el movimiento era inesperado, las neuronas no necesitan pasar por este estado antes de realizar un movimiento.

Este descubrimiento ha sido una sorpresa, porque hasta ahora los neurocientíficos creían que ese estado de alerta previo era un requisito imprescindible antes de iniciar un movimiento, previsto o no. Es decir, que no se había movimiento sin una toma previa posiciones.

“Esta investigación cambia nuestra visión de cómo se controla el movimiento”, señala estudiante del programa de doctorado en Neurociencias de Standford, Katherine Ames, y primera firmante del estudio. Un hallazgo que habrán de tener en cuenta en lo sucesivo en el laboratorio que dirige Shenoy para mejorar los sistemas electrónicos que convierten la actividad neuronal en señales electrónicas para controlar con el cerebro controlar una prótesis de brazo o mover el curso en una pantalla de ordenador.

Tres experimentos distintos

Tres variaciones de un experimento con monos, en los que llevaban a cabo movimientos de brazos similares sirvieron para obtener este sorprendente resultado. En los tres casos, los monos fueron entrenados para tocar un blanco que aparecían un monitor. En cada caso, los investigadores midieron la actividad eléctrica de las neuronas implicadas en el control de los movimientos del brazo.

En un primer ensayo, a los monos les mostraban un objeto que tenían que tocar, el blanco, pero fueron entrenados para no tocarlo hasta que apareciera una señal. El equivalente al pistoletazo de salida en una carrera. Este ensayo imitaba una acción planeada como alcanzar la taza de café.

En un segundo ensayo, los monos fueron entrenados para tocar la diana tan pronto como aparecía, que equivalía a una acción no planificada, como cuando la taza está a punto de caerse. En una tercera variante, se iba variando la posición del objetivo que aparecía en la pantalla. Lo que suponía que los monos tenías que revisar su plan de movimientos continuamente.

En los tres casos, la primera información que llega a las neuronas es la visión del blanco que aparece en la pantalla. "La percepción siempre ocurre primero," explica Ames. Sin embargo, unos 50 milisegundos más tarde, aparecían algunas diferencias en función del tipo de movimiento que los monos tenían que llevar a cabo.

Cuando los monos tenían que esperar a la señal para hacer el movimiento, los registros de la actividad neuronal mostraron claramente que las neuronas entraron en estado de “preparados, listos…” Sin embargo, en los otros dos casos, cuando el movimiento era inesperado, las neuronas no pasaron por ese estado de alerta previa.

En estos dos últimos casos, unos 50 milisegundos después de ver el objetivo, las lecturas eléctricas mostraron que las neuronas lo habían percibido. En estos casos fue un cambio en la actividad neuronal lo que supuso la orden para tocar la diana. Esto tuvo lugar sin más preparación aparente entre la percepción y la acción. El estado de “prearados, listos” de las acciones planificadas no era necesario. Simplemente, todas las neuronas pasaban directamente al "¡Ya!" para llevar a cabo el movimiento inesperado con rapidez.