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«El problema de cómo
el cerebro representa el mundo exterior se halla en el núcleo de la filosofía,
la psicología y la neurociencia.» Son palabras de Richard Axel, galardonado
junto a Linda Buck con el Nobel de Medicina o Fisiología 2004, quien abordaba
estas cuestiones sólo unos meses antes de recibir el premio, en el curso de una
conferencia celebrada en la Universidad de Columbia en Nueva York (su
universidad) el 13 de mayo de este año. Hemos resumido su intervención, con el
ánimo de ofrecer una pincelada de su lógica molecular de la percepción.
Resumen de la
conferencia «Scents and Sensibility: Towards a Molecular Logic of Perception»,
presentada por Richard Axel el 13 de Mayo de 2004 en la Universidad de
Columbia, Nueva York.
Todos los organismos han desarrollado un mecanismo
que les permite reconocer la información sensorial del entorno y transmitirla
hacia donde será procesada (en los animales superiores, el cerebro), para crear
una representación interna, un mapa del mundo exterior. La existencia de un
mapa en el cerebro implica directamente que las diferentes especies representan
el mundo de distinto modo. Cada especie vive en su mundo sensorial único, del
que otras especies pueden hallarse parcial o totalmente ajenas[1].
El cerebro no funciona registrando una imagen exacta, sino creando un cuadro
propio. Nuestras percepciones no son grabaciones directas del mundo que nos
rodea, sino más bien construcciones internas que se rigen por unas reglas
innatas[2].
Lo que un organismo percibe viene dado por una dotación única en sus neuronas, que le
es genéticamente otorgada, por lo que estamos atrapados en una representación
del mundo que nuestros genes hacen posible. La
pregunta es cómo esta rica variedad de propiedades mecánicas, ópticas y
químicas que definen el tacto, la vista, el olfato y el gusto, puede
representarse en el cerebro por medio tan sólo de fragmentos de actividad
eléctrica.
Reconocimiento y discriminación de
olores
El olfato es un sentido primario. En la mayoría de
organismos proporciona la capacidad de detectar presas, depredadores y parejas;
es el sentido evolutivamente más primitivo. ¿Cómo representa el cerebro las
estructuras químicas que generarán ciertas conductas? ¿Cómo sabe el cerebro lo
que la nariz huele?
Figura 1: Anatomía del olfato.
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Las neuronas sensoriales olfativas residen en una
capa situada en el techo de la cavidad posterior de la nariz (figura 1). Son en
sí mismas estructuras muy simples, de tipo bipolar. Cada neurona dirige una
dendrita hacia la superficie de la nariz, en contacto directo con el exterior,
y es allí donde se hallan las moléculas receptoras capaces de interactuar con
un universo de olores. La energía de unión se transduce en actividad eléctrica,
que viaja a través de una segunda proyección de esta neurona bipolar, el axón,
que atraviesa el cráneo y establece sinapsis con las neuronas del bulbo
olfativo. Así, se establece un contacto directo entre el exterior y el cerebro
por medio de una única neurona. Ahora, el problema de cómo sabe el cerebro lo
que la nariz huele se traduce en dos cuestiones:
- ¿Cómo reconocemos la vasta colección de estructuras moleculares
odorantes?
- ¿Cómo discriminamos una molécula odorante de otra?
La primera de las cuestiones, la del
reconocimiento, se resolvió en parte gracias al trabajo de Linda Buck, quien
aisló los genes que codificaban las moléculas receptoras que unen olores en las
dendritas de las neuronas olfativas. Su identificación arrojó luz sobre el
problema del reconocimiento. Estos genes parecen operar de forma distinta a los
de otros sistemas sensoriales. Por ejemplo, el ojo es capaz de detectar varios
centenares de tonos sólo con tres tipos distintos de fotorreceptores codificados
por tres genes con especificidad superpuesta por distintas longitudes de onda.
En el gusto hay sólo una treintena de genes. Pero en el olfato hay cerca de mil
genes que codifican receptores destinados a acomodar la gran diversidad de
estructuras moleculares que definen el universo de moléculas odoríferas de
nuestro ambiente.
Este principio se conserva en
prácticamente todas las especies animales (el gusano posee tantos genes
destinados a este efecto como el hombre) y constituyó una solución al primer problema: el reconocimiento.
Pero, además, la identificación de los genes de los receptores proporcionó
conocimientos sobre la cuestión más compleja: ¿cómo sabe el cerebro qué
receptores han sido activados por un determinado odorante?
Parte de la respuesta vino de la
observación que cada una de los 10 millones de neuronas sensoriales
individuales expresa tan sólo uno de los receptores. Esto permitió reducir el
problema a cuestionarse cómo el cerebro discierne qué neuronas han sido
activadas. Como en otros sistemas sensoriales, es posible pensar que al
activarse neuronas segregadas en el espacio se crea un mapa sensorial en el cerebro.
Mapa cortical de la información
sensorial
Se sabe desde hace un centenar de años
que la segregación de modalidades y submodalidades sensoriales es un principio
básico de la organización cortical del cerebro humano (figura 2).
Figura 2: Mapa sensorial cortical.
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Este orden espacial permite definir la
posición de un estímulo sensorial en el espacio y su cualidad. Pero, lo que es
más importante, este mapa sensorial no es estático, cambia con la
experiencia[3],
de modo que permite acomodarse a las necesidades evolutivas, ecológicas y de
experimentales del organismo.
En el sistema olfativo, el cerebro no
cartografía de forma tradicional la posición de un estímulo olfativo, sino que
utiliza el espacio para indicar su cualidad. El resultado es un mapa anatómico,
en el que olores individuales activan un grupo de receptores que, a su vez,
activarán una subpoblación de puntos en el espacio cerebral, de modo que sea
posible definir la cualidad de un olor únicamente por patrones espaciales de
actividad en el cerebro. Esta representación funcional del mapa anatómico del
organismo tendrá consecuencias en el comportamiento de las especies. Así, en
pruebas realizadas con insectos, diferentes olores desencadenan distintas
pautas de comportamiento, que pueden traducirse en comportamientos específicos.
Además, siguiendo con los insectos, el sistema nervioso disecciona un
determinado olor en sus componentes estructurales, de modo que se hallará
representado por múltiples e invariantes puntos de activación en el espacio. En
este modelo, un olor puede activar ciertos puntos y otro distinto activar otra
población de puntos, solapados pero no idénticos. Así se puede dibujar un mapa
de actividad que nos permite discernir lo que un animal está oliendo. Pero lo
haremos con nuestro cerebro. ¿Cómo lo consigue el insecto? ¿Cómo
fragmentos de actividad eléctrica se unen para dar lugar a una percepción con
sentido?.
Relacionado con este problema se halla
también el del análisis de las partes. Consideremos dos olores, cada uno de
ellos generando un patrón de actividad solapado pero no idéntico. Al exponer un
organismo a la mezcla de ambos olores, será capaz de discriminar los dos olores
individuales, pero el patrón de actividad que se observa por la mezcla contiene
nuevos loci. (figura 3).
Figura 3: Análisis por partes.
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¿Cómo es capaz el organismo de
segregar, analizar separadamente, estos puntos de actividad e identificarlos
adecuadamente, en lugar de tomar el nuevo patrón como un conjunto distinto de
puntos de actividad? Es decir, ¿cómo puede identificar cada uno de los olores
de la mezcla sin caer en el error de pensar que es un olor nuevo?
Y, complicando el problema, es preciso
considerar que la percepción que se crea en el cerebro no sólo refleja los
estímulos sensoriales, sino también el contexto, la experiencia, la expectación
e incluso la emoción.
Un modelo muy sugerente
sobre el funcionamiento del olfato propone que una combinación de señales se
transmite a un único punto de una zona superior del cerebro, lo cual
proporciona una imagen olfativa refinada (figura 4).
Figura 4. Convergencia en zonas superiores del cerebro.
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Así, por ejemplo, el
olor de jazmín sería análogo a la visión de la persona cuyo recuerdo nos
sugiere. De hecho, recientes resultados de investigación sugieren que el
siguiente nivel en el procesamiento olfativo hace precisamente eso, una
proyección a niveles superiores del cerebro que formarían un segundo mapa de
distinto carácter. Allí, los extremos de las neuronas no se segregan, sino que
se interdigitan, y esta organización permite la integración, la comunicación de
estos fragmentos de actividad en el cerebro superior y, tal vez, su lectura.
Estas observaciones acercan la solución a la cuestión de cómo sabe el cerebro
lo que la nariz huele, pero queda un problema aún mayor por resolver. No
parece existir en ningún sistema sensorial un área superior a la que todas las
señales se dirijan en último término. Es más, de existir, ¿quién estaría
leyendo la imagen espacial creada? Es probable que esta representación
sensorial sea distributiva. Pero, la forma cómo esta unión distributiva se lee
y genera respuestas cognitivas o de comportamiento adecuadas remite a un viejo
problema de gran complejidad:¿quién está escuchando la música? ¿quién está
interpretando la imagen?
Enlaces
Conferencia: «Scents and Sensibility: Towards a Molecular Logic of Perception» de
Richard Axel.
Imágenes: Archivos Brain and Mind, Columbia University
[1]Los murciélagos, por ejemplo, extraen información muy
detallada acerca de la posición, velocidad y tamaño de los objetos que les
rodean, gracias a su biosonar, o sistema de localización por eco. Algunos peces
utilizan modalidades conceptualmente muy similares que implican ondas
electromagnéticas para navegar y detectar las presas. Serpientes, boas,
pitones, víboras, mantienen sistemas de imagen por infrarrojos muy sensibles
que localizan las presas en ausencia de información visual. Estas serpientes
han desarrollado un aparato sensorial muy especializado que detecta el calor
procedente de fuentes que emiten radiaciones infrarrojas. Estos sextos,
séptimos y octavos sentidos, de los que carecemos los humanos, ilustran
claramente que cada especie percibe tan sólo una fracción de la riqueza del
mundo exterior.
[2]Colores, tonos, gustos y olores son construcciones
activas creadas por nuestro cerebro a partir de las experiencias sensoriales.
No existen fuera de nuestro cerebro.
[3]El
quinto dedo de la mano izquierda, que los violinistas usan para puntear, ocupa
tres veces más espacio cerebral en el mapa sensorial de éstos que en los mapas
de otras personas.
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