Percepnet & Freixenet
portada | percepciones | ciencia | tecnología | industria | noticias | directorio | suscripción

THE SCIENCE MODULE OF PERCEPNET PROVIDES PAPERS ON PERCEPTION AND SENSORY SCIENCE BY RESEARCHERS WORKING ON THESE DISCIPLINES

La lógica molecular de la percepción según Richard Axel
[The molecular logic of perception according to Richard Axel]
Montserrat Daban
Percepnet

«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.
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.
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.
¿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.
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.


 

[+CIENCIA]
18/10/04
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Arriba
portada | percepciones | ciencia | tecnología | industria | noticias | directorio | suscripción
©Rubes Editorial
[Créditos]