Usar un sacacorchos, escribir una carta con un bolígrafo o abrir una puerta girando una llave son acciones que parecen sencillas, pero que en realidad requieren una compleja orquestación de movimientos precisos. Entonces, ¿cómo lo hace el cerebro?
Según un nuevo estudio realizado por investigadores de la Universidad Carnegie Mellon y la Universidad de Coimbra, el cerebro humano tiene un sistema especializado que construye estas acciones de una forma sorprendentemente sistemática.
Los investigadores utilizaron modelos computacionales de datos de resonancia magnética funcional para demostrar que una región del cerebro llamada circunvolución supramarginal (SMG), ubicada en el lóbulo parietal inferior izquierdo y ya conocida por su papel en la planificación de acciones dirigidas a objetos, construye representaciones de acciones complejas mediante la recombinación de un conjunto limitado de patrones de movimiento coordinados de los dedos, manos, muñecas, y brazos. Los científicos llaman “sinergias cinemáticas” a estos patrones de movimiento.
“Así como las regiones cerebrales que sustentan la función del lenguaje combinan sonidos, o fonemas, para formar palabras, el cerebro también combina sinergias cinemáticas para formar acciones complejas dirigidas a objetos”, afirmó Leyla Caglar, autora principal del estudio, publicado en Proceedings of the National Academy of Sciences el 18 de agosto último. “A partir de este conjunto cerrado de componentes básicos, el cerebro construye el repertorio completo de acciones que se pueden realizar con la mano humana”.
Caglar es actualmente investigadora postdoctoral en el Centro Médico Mount Sinai. Lideró esta investigación durante su estancia postdoctoral, conjuntamente en la Universidad Carnegie Mellon y la Universidad de Coimbra (Portugal). Esta investigación fue financiada conjuntamente mediante subvenciones del Instituto Nacional de Salud de Estados Unidos, el Departamento de Salud de Pensilvania y el Consejo Europeo de Investigación.
“Estos hallazgos respaldan la idea de que el giro supramarginal funciona como un centro de ensamblaje, combinando elementos básicos de acciones en secuencias funcionales más complejas”, explicó Caglar.
Implicaciones para la robótica, las interfaces cerebro-máquina y los déficits de acción causados por lesiones cerebrales #
Si bien la idea de que el cerebro utiliza una estructura combinatoria de sinergias motoras no es nueva en este estudio, la nueva evidencia proporcionada por este estudio tiene implicaciones de largo alcance para la robótica y el desarrollo de interfaces efectivas cerebro-computadora.
“Si podemos mapear estas sinergias directamente a partir de la actividad neuronal, podríamos construir interfaces cerebro-máquina más eficientes que permitan a los usuarios controlar las prótesis con mayor naturalidad, precisión y flexibilidad”, afirma el Dr. Jorge Almeida, autor del estudio. “Esto también nos acerca a la creación de sistemas artificiales capaces de actuar con agilidad, eficiencia e inteligencia comparables a las de los humanos”, añadió Almeida.
El descubrimiento también podría ofrecer nuevas perspectivas sobre trastornos como la apraxia, una afección neurológica en la que los pacientes pueden perder la capacidad de usar objetos correctamente, a pesar de poder reconocer los objetos que no pueden usar. «Así como un déficit en la capacidad de ensamblar correctamente los sonidos del lenguaje en palabras afecta la función lingüística, el daño en esta área cerebral puede dificultar la planificación y ejecución de acciones complejas con objetos».
Integración de cognición, percepción y acción #
Por supuesto, cuando usamos las manos para agarrar objetos, no tenemos que “pensar” en desarrollar acciones a partir de sus partes elementales, al igual que los hablantes nativos de un idioma no tienen que pensar en cómo decir las palabras que quieren usar. Los procesos que sustentan la circunvolución supramarginal siempre se ejecutan automáticamente en segundo plano, tras nuestros pensamientos en un momento dado.
La estructura y organización del cerebro reflejan la integración de la experiencia vivida de cada individuo con estructuras evolutivamente limitadas. No nacemos sabiendo cómo manipular, por ejemplo, una llave o un bolígrafo; la forma específica de usar los objetos debe aprenderse y constituye un tipo de conocimiento cultural. A pesar de las muy diferentes interacciones con los objetos que tienen las distintas personas, y a pesar de las diferencias en la destreza manual entre individuos, todos los humanos compartimos un sistema neuronal común que facilita las interacciones complejas dirigidas a objetos.
De manera similar, por analogía, si bien los bebés humanos no nacen hablando ningún idioma en particular, pueden convertirse en hablantes nativos de cualquier idioma del mundo, y todos los humanos tienen un sistema neuronal común que sustenta el lenguaje.
“Este estudio nos acerca un paso más a la comprensión de los principios fundamentales de la organización cerebral que hacen posible el uso de herramientas por parte de los humanos”, afirmó Caglar.
Cita #
El artículo Object-directed action representations are componentially built in parietal cortex (Las representaciones de acciones dirigidas a objetos se construyen de manera componencial en la corteza parietal). Autores: Leyla Roksan Caglar, Jon Walbrin, Emefa Akwayena, Jorge Almeida & Bradford Z. Mahon.
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