Prueban con éxito en peces virtuales el trasplante de cerebros

Un experimento realizado con peces ha descubierto que un intercambio de cerebros entre distintos individuos no plantea ningún problema para que el cerebro trasplantado se adapte al nuevo cuerpo.

En contra de lo esperado, los peces con un cerebro que no era el suyo fueron capaces de compensar el desajuste cerebro-cuerpo que debería producirse después del trasplante.

Esos peces utilizaron la retroalimentación sensorial para compensar cualquier desajuste derivado del hecho de que el cerebro trasplantado debía gestionar el funcionamiento de las características específicas de un cuerpo que no era el suyo.

Este descubrimiento sugiere que, para algunos comportamientos, el cerebro de un animal no necesita estar ajustado con precisión a las características específicas de otro cuerpo para que pueda seguir operando con la nueva biología.

El consecuencia, eso significa que el control del movimiento que realiza el cerebro se basa en muchos sistemas aparentemente redundantes que proporcionan la retroalimentación sensorial.

Es decir, el cerebro utiliza una política de control sensorial compleja, que tiene en cuenta la incertidumbre (control robusto), para compensar las diferencias que encuentra en el cuerpo ajeno.

El cerebro trasplantado no se limita a recibir la información de cada sentido por separado, sino que tiene en cuenta todas las sensaciones  para que las reacciones corporales sean coherentes.

Metodología

Para alcanzar este resultado los investigadores no necesitaron trasplantar los cerebros de los peces del experimento, sino que se valieron de un modelo informático, según explican en un comunicado.

Los peces pertenecen al género conocido como peces de cuchillo de cristal o verde, que habita en las zonas de agua dulce de América del Sur.

Lo primero que hicieron fue introducir una colonia de estos peces en un tanque de agua para estudiar sus movimientos.

Preferentemente, se centraron en observar la conexión entre los sistemas sensoriales y neuronales de los peces, así como la información que generan los órganos motores y los componentes del aparato locomotor.

Observaron que la variabilidad de los movimientos de los peces era significativa, marcando claras diferencias en las reacciones de cada uno dentro del agua.

Trasplante colectivo de cerebro

El equipo obtuvo diversas mediciones sensoriales y cinemáticas vinculadas a los pequeños movimientos de sus aletas, fundamentales para la función locomotora del pez y para recrear con detalle los modelos informáticos del cerebro del animal.

Además, estos movimientos que generaban las aletas fueron clave para ser utilizados como un sustituto del controlador neuronal aplicado por el sistema nervioso central.

Con esos datos, modelaron informáticamente la actividad cerebral de los peces de la colonia, incluyendo en el modelo los diferentes sistemas de procesamiento de información y de reacciones motoras de los peces.

El paso siguiente fue intercambiar la dinámica cerebral de los peces entre los individuos de la colonia, consiguiendo así una especie de “trasplante de cerebro” colectivo.

Como si nada

Eso significa que si un pez que, en la vida real, se movía de una forma particular en el tanque de agua, en su réplica informática tenía un sistema de procesamiento de información sensorial diferente que correspondía a la singularidad de otro pez.

Y en este momento ocurrió lo más relevante del experimento: después de “sentir” el pez virtual un cambio repentino en su cuerpo, ya que en realidad había saltado a otro cuerpo, compensó rápidamente el desajuste cerebro-cuerpo resultante del salto.

Ese desajuste se producía porque el cerebro estaba acostumbrado a una dinámica motora específica, y de pronto se encontraba en otro cuerpo que tenía una dinámica diferente.

El pez con otro cerebro recurrió a la retroalimentación sensorial para reanudar el control de los movimientos motores necesarios para el rendimiento de la natación. Como si nada hubiera pasado.

Explicación del video. Este video registra el movimiento de un pez cuchillo de cristal, que fue usado para la simulación de un trasplante colectivo de cerebros. Los puntos morados indican los picos y las rutas seguidas por las ondas de las aletas de los peces desde la cola hacia la cabeza. La flecha azul  y (t) es el movimiento del pez y la flecha verde u (t) es el movimiento del punto nodal donde se encuentran las dos ondas viajeras. (Crédito: NJIT / JHU)
 
Aplicaciones

Los investigadores dicen que los hallazgos proporcionan nueva evidencia de que los animales pueden apoyarse en la retroalimentación de los sentidos para ayudar a la interacción entre el cerebro y el cuerpo.

Esta reacción les permite guiar el movimiento locomotor del cuerpo por encima del sistema muscular y esquelético, que de esta forma queda superado por esta facultad cerebral imprevista.

Aplicado a humanos, la investigación explica lo que ocurre cuando personas físicamente diferentes realizan a la perfección idénticas tareas de motricidad fina (a nivel de los dedos), como por ejemplo enviar un mensaje de texto a través del móvil.

Esa proeza biológica se explicaría porque nuestros cerebros, a pesar de gestionar cuerpos diferentes, es capaz de realizar bien diversas tareas porque se vale de la retroalimentación sensorial y no se limita únicamente a considerar por separado la información de diferentes sentidos.

El descubrimiento tiene implicaciones para el campo de la robótica: sugiere que al diseñar robots, los ingenieros deben permitir que los robots utilicen la retroalimentación sensorial para hacer frente a eventos inesperados… tal como ocurre en el mundo real cuando es  simulado informáticamente.

Referencia

Simulated 'Frankenfish Brain-Swaps' Reveal Senses Control Body Movement. Uyanik et al. eLife 2020;9:e51219.DOI: https://doi.org/10.7554/eLife.51219