Navegando por ‘Neuralville’: la ciudad virtual que ayuda a mapear las funciones cerebrales.

Los psicólogos de la Universidad de Emory han descubierto que el cerebro humano utiliza tres sistemas distintos para percibir nuestro entorno: uno para reconocer un lugar, otro para navegar a través de ese lugar y un tercero para navegar de un lugar a otro.

Para una nueva publicación, diseñaron experimentos con una ciudad virtual y una imagen por resonancia magnética funcional (fMRI) para obtener nuevos conocimientos sobre tales sistemas. Sus resultados, publicados por las Actas de la Academia Nacional de Ciencias (PNAS), tienen implicaciones que van desde una orientación más precisa para los cirujanos que operan el cerebro hasta mejores sistemas de visión por computadora para vehículos sin conductor.

«Estamos mapeando las funciones de la corteza cerebral con respecto a nuestra capacidad de reconocer y recorrer nuestro mundo», dice Daniel Dilks, profesor asociado de psicología de Emory y autor principal del estudio. «El documento PNAS proporciona la última gran pieza del rompecabezas».

Los experimentos mostraron que la zona parahipocampal del cerebro está involucrado en el reconocimiento de un tipo particular de lugar en la ciudad virtual, mientras que el complejo retrosplenial del cerebro está involucrado en el mapeo mental de las ubicaciones de lugares particulares en la ciudad.

Estos nuevos resultados siguen el trabajo publicado el año pasado por los investigadores de Emory, que muestran que el área de la zona occipital del cerebro está involucrada en la movilidad para ir a un sitio concreto.

Antes, algunos investigadores teorizaron que estas tres regiones selectivas de la escena cortical, abreviadas como PPA (parahippocampal place area), RSC y OPA, generalmente estaban involucradas en la movilidad. «Nuestro trabajo continúa proporcionando pruebas sólidas de que esta teoría simplemente no es cierta», dice Dilks.

«Estamos demostrando que existen sistemas especializados en el cerebro que juegan diferentes roles involucrados con el reconocimiento de lugares y la movilidad», agrega el primer autor Andrew Persichetti, quien hizo el trabajo como estudiante graduado de Emory en el laboratorio Dilks. Desde entonces recibió su doctorado en psicología y ahora es becario postdoctoral en el Instituto Nacional de Salud Mental.

Para el artículo de PNAS , Persichetti desarrolló experimentos basados ​​en una ciudad virtual que creó, llamada «Neuralville«, y un simple videojuego. «Como científico, una de mis aficiones favoritas es diseñar experimentos», dice. «Es divertido tratar de encontrar una manera inteligente, pero sencilla, de responder a una pregunta compleja».

Neuralville consta de ocho edificios, distribuidos en cuatro cuadrantes, o ubicaciones en la ciudad, que rodean un parque. Las categorías de edificios están emparejadas e incluyen: dos cafeterías, dos clínicas dentales, dos ferreterías y dos gimnasios. Cada cuadrante contiene dos edificios, pero ningún cuadrante contiene dos de la misma categoría. Y, aunque se pueden combinar por categorías, ubicación o dirección de orientación, ninguno de los ocho edificios comparte características visuales, como la forma, el tamaño o la textura.

Los participantes se sentaron frente a una computadora y se familiarizaron con la ciudad mientras «caminaban» alrededor de los cuatro cuadrantes presionando las teclas de dirección en el teclado. Luego los dejaron en ubicaciones aleatorias de la ciudad y les asignaron tareas como «Caminar a la cafetería A». Después de aproximadamente 15 minutos de esta práctica, les mostraron imágenes de cada edificio y les preguntaron de qué tipo era y en qué cuadrante de la ciudad se encontraba.

Una vez que un participante obtuvo una puntuación del 100 por cien en este cuestionario, se les colocó en un escáner de imagen por resonancia magnética funcional (fMRI). Mientras se escaneaban sus cerebros, se les dio una foto de uno de los edificios, como la Cafetería B, y se les hizo una pregunta. Por ejemplo: «Si se enfrenta en frente de la cafetería B, ¿estaría el consultorio del dentista A a su derecha o su izquierda?»

Los participantes repitieron la tarea 10 veces mientras la fMRI registraba actividad en el PPA y el RSC. Los datos del cerebro se representaron en unidades llamadas «vóxeles«, que son similares a los píxeles, excepto que son tridimensionales. El voxel (del inglés volumetric pixel) es la unidad cúbica que compone un objeto tridimensional. Esto quiere decir que, en cambio de un pixel, el cual posee las coordenadas x e y, el voxel también posee la coordenada z, que le aporta el dato de profundidad.

Los resultados mostraron que el patrón de respuestas en el RSC fue más similar para los edificios que compartían la misma ubicación que para los edificios de la misma categoría. Lo contrario era cierto para el patrón de respuestas en el PPA.

«Estos patrones multi-vóxel revelan una representación espacial de estos edificios en el RSC, y una representación categórica en PPA», dice Persichetti. «Los patrones RSC básicamente los colocan en un mapa en sus ubicaciones adecuadas, mientras que el patrón PPA los agrupa por categorías».

Las aplicaciones clínicas para la investigación incluyen mejores métodos de rehabilitación cerebral para personas con problemas relacionados con el reconocimiento y movilidad de escenarios.

La investigación también puede ser beneficiosa para mejorar los sistemas de visión por computadora, como los de los automóviles sin conductor. «A través de la evolución, el cerebro ha encontrado la solución óptima para reconocer escenas y navegar por su entorno», dice Dilks. «Y esa solución parece ser la de especializar las diferentes funciones involucradas».

Dilks es líder en el mapeo de cómo se organiza funcionalmente la corteza visual. En 2013, lideró el descubrimiento de la OPA. En 2018, Dilks y Persichetti demostraron que la OPA se especializa en moverse por un sitio en concreto.

«Si bien es increíble que podamos demostrar que diferentes partes de la corteza son responsables de diferentes funciones, es solo la punta del iceberg», dice Dilks. «Ahora que entendemos lo que están haciendo estas regiones del cerebro, queremos saber exactamente cómo lo están haciendo y por qué están organizadas de esta manera».

Imagen: ANDREW PERSICHETTI.

Traducción: Asociación Mácula Retina.

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