Desvelan el secreto de la percepción visual de la velocidad

Investigadores franceses han descubierto cómo consigue el cerebro la percepción visual de la velocidad en escenas naturales complejas, como el desplazamiento de las nubes o de una bandada de pájaros.

Y no es una cuestión baladí porque de la percepción de la velocidad depende la supervivencia de muchas especies, bien porque acechan a una presa, bien porque vigilan el movimiento de un depredador peligroso.

Ya se sabe que la interacción con el mundo natural engendra estímulos complejos de nuestros sentidos. Cuando contemplamos una bandada de pájaros al atardecer, ese espectáculo genera un flujo óptico de imágenes que el cerebro percibe como un conjunto de informaciones visuales que muestran diferentes escalas espacio temporales, como la velocidad de los pájaros en movimiento y la dirección de su vuelo.

Para interpretar ese conjunto de informaciones visuales, el cerebro utiliza un grupo de canales neuronales que son sensibles a las características espaciales y temporales del flujo óptico.

Lo que se desconocía hasta ahora es cómo consigue el cerebro determinar con precisión la velocidad de las escenas naturales complejas, a partir de la información disponible en el conjunto de esos canales neuronales.

Es decir, cómo consigue el cerebro componer una imagen coherente de un conjunto de cuerpos en movimiento, partiendo de la base de que cada uno de los componentes de ese conjunto de cuerpos, sigue un movimiento y velocidad estocástico o no determinista.

Desvelando el misterio

Para desvelar el misterio, los investigadores se propusieron conocer la actividad cerebral durante estos procesos y recurrieron a un conjunto de texturas en movimiento, más que a estímulos visuales simples, como puntos o barras en movimiento.

El conjunto de texturas en movimiento, conocido como “compuesto de nubes en movimiento” (CNMs), usado por los investigadores, activa simultáneamente múltiples canales espacio temporales en el cerebro, y son idóneos por ello para observar cómo el cerebro procesa las escenas naturales complejas.

Lo primero que descubrieron fue que los estímulos CNMs que recibe el cerebro, los mismos que cuando contempla una bandada de pájaros, son percibidos tal como ocurren: el cerebro  registra a los pájaros desplazándose a diferentes velocidades, en función de la información que proporcionan los canales neuronales espacio temporales activados por el flujo óptico.

Sin embargo, el cerebro no se queda ahí, ya que ese conjunto de información caótica transmitida por el flujo óptico no permite obtener una visión coherente de la bandada de pájaros.

Lo que hace para salvar este obstáculo, es modular la información visual presente en los diferentes canales neuronales, a partir de las propiedades espacio-temporales reflejadas por el flujo óptico en cada uno de esos canales.

Patrón sistemático

A continuación crea un patrón sistemático de aumento o disminución de la velocidad y dirección de la bandada de pájaros, a partir de las propiedades espacio-temporales ofrecidas por el conjunto de canales neuronales activados por el flujo óptico.

Este mecanismo de normalización en velocidad-escala, que refleja una tendencia natural del sistema visual a integrar señales complejas, es lo que permite ofrecer una percepción coherente de un conjunto tan variable como el desplazamiento de una bandada de pájaros.

Según los investigadores, este patrón extraído de las  interacciones entre canales neuronales debe entenderse como la combinación de dos componentes básicos, el eje de velocidad (construido a partir de una velocidad lenta previa) y un eje de escala, que filtra rasgos espaciales similares.

Esto permite al cerebro medir el movimiento global de una bandada de pájaros ignorando los movimientos de cada miembro, o también seguir el movimiento de algunos pájaros sin estar afectado por los cambios incesantes de la dirección de la bandada, dependiendo de la combinación de información disponible en cada momento en los canales neuronales a partir del flujo óptico.

Este descubrimiento puede ser aplicado a diferentes especies, desde la mosca a los mamíferos superiores, para estudiar cómo un mecanismo cerebral simple, automático y adaptativo, ha podido ser conservado durante la evolución, e identificar asimismo sus bases neuronales, según los investigadores.

Referencia

A Normalization Mechanism for Estimating Visual Motion across Speeds and Scales. Current Biology. DOI:http://dx.doi.org/10.1016/j.cub.2017.04.022