Identificada la región cerebral que percibe la geometría espacial

Científicos norteamericanos y finlandeses han identificado la zona del cerebro humano que percibe la geometría de los espacios que ocupamos en la vida cotidiana.

Esta región del cerebro codifica los parámetros espaciales de una escena a una velocidad increíble: nos descubre dónde estamos y nos ayuda a navegar por ese espacio de forma segura, sin tropezar con los objetos presentes.

Del resultado de esta investigación, desarrollada por científicos del Instituto Zuckerman (Universidad de Columbia) y de la Universidad Aalto en Finlandia, se desprende que el cerebro tiene una región específica  especializada en la percepción de la geometría espacial. Las neuronas de esta región nos proporcionan una visión completa del entorno en el que estamos en solo 100 milisegundos.

Esta investigación, publicada en Neuron, sienta las bases para comprender los complejos cálculos que hacen nuestros cerebros para ayudarnos en nuestros desplazamientos. El trabajo también es relevante para el desarrollo de tecnología de inteligencia artificial destinada a imitar los poderes visuales del cerebro humano.

En el lóbulo occipital

Estudios anteriores habían descubierto un conjunto de regiones cerebrales implicadas en la percepción visual: el área del lugar occipital (OPA), el complejo retroesplenial (RSC) y el área del lugar del parahipocampo (PPA), tal como explicamos en otro artículo.

Esta nueva investigación ha sido más precisa y determinado que la así llamada área del lugar occipital (OPA), en el lóbulo occipital, que es donde se desarrolla una de las etapas del procesamiento cortical, es la que interviene para dibujar la geometría de los espacios.

La investigación ha podido determinar también que las neuronas de la OPA no sólo están implicadas en el procesamiento geométrico de los espacios, sino también que son selectivas cuando realizan la percepción: se centran en las formas e ignoran otras características de la escena para construir con más rapidez la imagen que necesitamos para navegar con seguridad.

Los patrones de actividad de la OPA reflejan en tiempo real, a efectos de nuestra percepción, la presencia o ausencia de cada componente de la escena (las paredes, el piso y el techo), transmitiendo una imagen detallada de la geometría general del espacio que observamos.

Rastreando geometrías en el cerebro

Para averiguar cómo el cerebro percibe la geometría de sus alrededores, el equipo de investigación pidió a un grupo de voluntarios que mirasen imágenes de diferentes escenas tridimensionales, por ejemplo, de una habitación con paredes, techo y piso.

En otro momento de la investigación, los voluntarios veían los mismos espacios pero con cambios sustanciales: por ejemplo, la misma habitación sin paredes o sin techo.

Durante todo el experimento, los cerebros de los voluntarios eran observados en tiempo real a través de dos tecnologías de imagen cerebral de vanguardia: resonancia magnética funcional (RMf) y magnetoencefalografía (MEG), que permiten detectar no sólo patrones de actividad, sino también tiempo de ejecución de funciones.

Este procedimiento permitió a los investigadores observar cómo se reorganizan las zonas cerebrales implicadas para codificar la habitación con o sin paredes,  o con y sin techo: cuando eso ocurre, se producen cambios en el cerebro para que podamos percibir la geometría espacial en la nueva circunstancia.

Después de analizar los escáneres cerebrales de los participantes, los investigadores descubrieron que la actividad de las neuronas de OPA era la que reflejaba la geometría de las escenas observadas.

Más cerca de la solución

"La visión nos da una sensación casi instantánea de dónde estamos en el espacio, y en particular de la geometría de las superficies (el suelo, las paredes) que limitan nuestro movimiento. Aunque esa visión la percibimos sin esfuerzo, necesita la actividad coordinada de múltiples zonas cerebrales," explica Nikolaus Kriegeskorte, autor principal del artículo, en un comunicado.

"La forma en que las neuronas trabajan juntas para darnos este sentido de nuestro entorno sigue siendo un misterio. Con este estudio, estamos un paso más cerca de resolver ese rompecabezas", añade Kriegeskorte.

En el futuro, el equipo de investigación planea incorporar tecnología de realidad virtual para crear entornos 3D más realistas para que los participantes experimenten. También planean construir modelos de redes neuronales que imiten la capacidad del cerebro para percibir el entorno.

"Nos gustaría juntar estas cosas y construir sistemas de visión por ordenador que sean más como nuestros propios cerebros, sistemas que cuentan con maquinaria especializada como lo que observamos aquí en el cerebro humano para detectar rápidamente la geometría del ambiente", concluye Kriegeskorte.

Referencia

Rapid Invariant Encoding of Scene Layout in Human OPA. Linda Henriksson et al. Neuron, May 13, 2019. DOI:https://doi.org/10.1016/j.neuron.2019.04.014