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En el comienzo de la película Matrix, columnas de extraños caracteres descienden por una antigua pantalla monocroma. Representan el código secreto de la experiencia desvelado, recordándonos que cada sabor, olor y color que percibimos es, en cierto modo, un engaño: una historia computada bit a bit en un cerebro que opera en la silenciosa oscuridad del cráneo. No precisamos un equipo especial para entrar en Matrix. Tan solo tenemos que entender el que se nos ha dado: el cerebro.
El motivo de que no podamos adaptar la experiencia a
nuestro gusto, a la manera de Matrix, es que en realidad no comprendemos el
código neuronal. Aquí no contamos con un Alan Turing que analice un patrón
arbitrario de actividad cerebral y diga: «En este momento se está
experimentando la imagen de un gato beige». Se sabe que los contenidos
específicos de una experiencia sensorial guardan relación con los patrones
temporal o espacial, o ambos, de la actividad cerebral.
Pero a la hora de poner a prueba el concepto, incluso con los interrogantes más básicos sobre su mecanismo, nuestra ignorancia resulta patente. Si un par de células cerebrales se hubieran activado medio segundo antes, ¿seguiría viéndose el gato beige? ¿Y si otras tres se activaran en rápida sucesión? Todo lo que neurocientíficos podían ofrecer como respuesta es encogerse de hombros y algún planteamiento genérico sobre códigos, patrones y la probable importancia del tiempo. Pero Dmitry Rinberg, de la Universidad de Nueva York, y su grupo de investigación tal vez acaban de descubrir una respuesta parcial.
En un apasionante artículo recién publicado, los
investigadores se sirvieron de puntos de luz controlados con precisión para
insertar directamente un olor simulado en los centros olfativos del encéfalo de
ratón, sin intervención alguna de la nariz. Más aún, modificaron
sistemáticamente el patrón y examinaron cómo variaba la experiencia del animal.
El estudio es uno de los trabajos más audaces y metódicos de «pirateo de la
experiencia» nunca realizados.
Implantar una percepción específica, reproducible,
fácil de regular y completamente sintética no es tarea sencilla. Para lograrlo,
Rinberg y su equipo utilizaron ratones modificados genéticamente en cuyas
neuronas olfativas se había introducido una proteína denominada canalrodopsina
fotosensible. Cuando la luz incide sobre una de estas células modificadas,
provoca actividad neuronal (los breves impulsos eléctricos que constituyen el
lenguaje básico del sistema nervioso) cuyo desarrollo temporal es posible
controlar con suma precisión.
Puesto que la zona encefálica encargada de procesar la
información sensorial procedente de la nariz se encuentra por fortuna cerca de
la superficie del cráneo, los científicos pudieron introducir un olor
artificial diseñado por ellos, sin necesidad del apéndice nasal. Mediante la
estimulación directa del centro olfativo, el equipo controlaba por completo qué
células concretas se activaban, su disposición y el momento de activación.
Habían creado olores para que fueran percibidos al pulsar un simple interruptor
de la luz.
La mayoría de los aromas naturales provocan una
actividad generalizada y temporalmente compleja en el cerebro. Sin embargo, con
el objetivo de explorar y descifrar el código neuronal, los investigadores
optaron por un patrón modesto y manejable de seis pequeños puntos, distribuidos
al azar y estimulados sucesivamente: una melodía neuronal de seis notas con una
duración aproximada de un tercio de segundo. Aunque los ratones nunca podrán
contárnoslo, es de suponer que este patrón de «notas» les olía a algo, ya que
lo distinguieron de otros olores y de otros patrones de seis notas en las
pruebas de comportamiento.
En la parte clave del experimento, los ratones jugaron
a «detectar la diferencia». Primero se les entrenó para que respondieran con la
conducta de lameteo tan solo a la pauta original de seis notas y, a
continuación, se midió la persistencia de ese comportamiento tras las
variaciones del patrón, determinando la medida en que se les engañaba con el
cambio. Si detectaban con facilidad y precisión una cierta modificación, por
ejemplo, la omisión de la primera nota del conjunto, quedaba comprobada la
importancia de esa nota para la experiencia.
En cambio, el que no apreciaran la sustitución de la
sexta nota neuronal por otra, era un signo de su escaso efecto en la
experiencia. Igual que en los estudios previos, realizados en gran parte por el
grupo de Rinberg, las primeras notas neuronales tendían a poseer mayor valor
informativo y transcendencia para la percepción que las posteriores. Se descubrió
que, de manera más general, el momento preciso de la actividad neuronal es una
variable clave en la codificación de los olores, lo que contradecía ciertos
modelos influyentes que sostenían que el cerebro pasa por alto las diferencias
temporales a muy pequeña escala. Según parece, el órgano aprecia la disposición
de sus notas en patrones melódicos, y no solo las escucha como acordes
simultáneos.
Las ideas sobre la codificación neuronal surgieron en
un principio del estudio de los sistemas de comunicación y de la informática,
por lo que solían ser bastante abstractas y estructuradas alrededor de
«puertas», «nodos» y «canales» idealizados. Aunque no faltan propuestas
teóricas de alto nivel sobre el almacenamiento, la representación y las rutas
de transmisión de la información en el cerebro, son difíciles de poner a prueba
con seres de carne y hueso y en el campo del comportamiento. En esta situación,
los paradigmas teóricos a menudo se sustentan en datos probatorios que, pese a
su gran interés y tentadora analogía con los procesos observados en el ámbito
de la informática, son indirectos y correlativos. La belleza del modelo de
Rinberg es la facilidad con que hace comprobable lo abstracto (cuanto menos, en
lo que a la codificación olfativa se refiere).
Como ejemplo de dicha comprobación, tomemos la propuesta teórica de la representación del «código de barras», en la que hasta la mínima modificación de un patrón de actividad neuronal —una sola célula que no se activa, pongamos por caso— da lugar a una experiencia sensorial absolutamente diferente. Si el encéfalo empleara en realidad este hipotético esquema de codificación meticuloso en extremo, una ligera variación de la pauta de seis notas original sería tan perceptible como un patrón totalmente nuevo. De hecho, los investigadores hallaron casi lo contrario.
Igual que bajar una nota a bemol no vuelve
irreconocible una melodía, una pequeña alteración de una nota de la «melodía»
olfativa original solo modificó ligeramente la experiencia del ratón. Conviene
destacar que, a medida que se añadieron de manera deliberada más «notas
incorrectas», el efecto sobre la experiencia fue meramente aditivo (por lo
menos, en su evaluación por la capacidad del animal para distinguir los
olores). Quizás lo más impresionante de todo es que el equipo incorporó esta
observación sobre la linealidad del código a un modelo estadístico que predijo
con exactitud el comportamiento del ratón en respuesta a cualquier codificación
arbitraria del patrón de seis notas.
El artículo ofrece una mirada con un grado de detalle
sin precedentes a lo que, en el cerebro, hace que una experiencia dada sea
precisamente esa experiencia. La respuesta, por lo menos en lo que se refiere
al olfato, tiene algo de humanista: una experiencia es una cuestión de tiempo y
la suma de muchos pequeños detalles. Aún no está claro hasta qué punto se
pueden generalizar estos resultados más allá del olfato o del conjunto de los
sentidos.
Las diferentes áreas encefálicas tienen distintos
objetivos y límites computacionales, por lo que tal vez sea más preciso hablar
de los diversos códigos del órgano que de uno solo que sirva para todo. Por
otro lado, aún ignoramos casi por completo cómo estimularlo para que genere una
experiencia perceptiva compleja elegida de antemano. Con gran perspicacia, el
trabajo de Rinberg y su grupo solo planteó cómo olían las cosas en relación con
un patrón inicial. Por ahora, Matrix está todavía muy lejos. Pero si en un
futuro lejano lográramos simulaciones totales de tipo Matrix, este estudio habría
sido un importante hito inicial.
Jason Castro
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