Para moverse por el mundo, necesita tener una idea de su entorno, especialmente de las limitaciones que restringen su movimiento: las paredes, el techo y otras barreras que definen la geometría del espacio navegable que lo rodea. Y ahora, un equipo de neurocientíficosha identificado un área del cerebro humano dedicada a percibir esta geometría. Esta región del cerebro codifica las limitaciones espaciales de una escena, a velocidades ultrarrápidas, y probablemente contribuya a nuestro sentido instantáneo de nuestro entorno; orientándonos en el espacio, para que podamosEvite chocar con cosas, averigüe dónde estamos y navegue con seguridad a través de nuestro entorno.
Esta investigación, publicada hoy en neurona , prepara el escenario para comprender los cálculos complejos que hacen nuestros cerebros para ayudarnos a movernos. Dirigido por científicos del Instituto Mortimer B. Zuckerman Mind Brain Behavior de la Universidad de Columbia y la Universidad Aalto en Finlandia, el trabajo también es relevante para el desarrollo detecnología de inteligencia destinada a imitar los poderes visuales del cerebro humano.
"La visión nos da una sensación casi instantánea de dónde estamos en el espacio y, en particular, de la geometría de las superficies el suelo, las paredes que limitan nuestro movimiento. Se siente sin esfuerzo, pero requiere la actividad coordinada demúltiples regiones del cerebro ", dijo Nikolaus Kriegeskorte, PhD, investigador principal del Instituto Zuckerman de Columbia y autor principal del artículo." La forma en que las neuronas trabajan juntas para darnos esta sensación de nuestro entorno sigue siendo un misterio. Con este estudio, estamos un paso más cercapara resolver ese acertijo ".
Para averiguar cómo el cerebro percibe la geometría de su entorno, el equipo de investigación pidió a los voluntarios que observaran imágenes de diferentes escenas tridimensionales. Una imagen podría representar una habitación típica, con tres paredes, un techo y un piso.Luego, los investigadores cambiaron sistemáticamente la escena: quitando la pared, por ejemplo, o el techo. Simultáneamente, monitorearon la actividad cerebral de los participantes a través de una combinación de dos tecnologías de imágenes cerebrales de vanguardia en las instalaciones de neuroimagen de Aalto en Finlandia.
"Al hacer esto repetidamente para cada participante a medida que alteramos metódicamente las imágenes, pudimos reconstruir cómo sus cerebros codificaban cada escena", Linda Henriksson, PhD, primera autora del artículo y profesora de neurociencia e ingeniería biomédica en la Universidad de Aalto.
Nuestro sistema visual está organizado en una jerarquía de etapas. La primera etapa en realidad se encuentra fuera del cerebro, en la retina, que puede detectar características visuales simples. Las etapas posteriores en el cerebro tienen el poder de detectar formas más complejas. Al procesar señales visualesa través de múltiples etapas, y mediante comunicaciones repetidas entre las etapas, el cerebro forma una imagen completa del mundo, con todos sus colores, formas y texturas.
En la corteza, las señales visuales se analizan primero en un área llamada corteza visual primaria. Luego se pasan a varias áreas corticales de nivel superior para realizar análisis adicionales. El área occipital OPA, una etapa de nivel intermedio de la corticalprocesamiento, resultó particularmente interesante en los escáneres cerebrales de los participantes.
"Estudios anteriores habían demostrado que las neuronas OPA codifican escenas, en lugar de objetos aislados", dijo el Dr. Kriegeskorte, quien también es profesor de psicología y neurociencia y director de imágenes cognitivas en Columbia. "Pero aún no entendíamos qué aspectode las escenas codificadas por millones de neuronas de esta región ".
Después de analizar los escáneres cerebrales de los participantes, los doctores Kriegeskorte y Henriksson descubrieron que la actividad de OPA reflejaba la geometría de las escenas. Los patrones de actividad de OPA reflejaban la presencia o ausencia de cada componente de la escena: las paredes, el piso y el techo- transmitiendo una imagen detallada de la geometría general de la escena. Sin embargo, los patrones de actividad de OPA no dependieron de la apariencia de los componentes; las texturas de las paredes, piso y techo - lo que sugiere que la región ignora la apariencia de la superficie, por lo quepara centrarse únicamente en la geometría de la superficie. La región del cerebro parecía realizar todos los cálculos necesarios para tener una idea de la distribución de una habitación extremadamente rápido: en solo 100 milisegundos.
"La velocidad con la que nuestro cerebro detecta la geometría básica de nuestro entorno es una indicación de la importancia de tener esta información rápidamente", dijo el Dr. Henriksson. "Es clave para saber si estás adentro o afuera, o quépodrían ser sus opciones de navegación ".
Los conocimientos adquiridos en este estudio fueron posibles gracias al uso conjunto de dos tecnologías de imágenes complementarias: la resonancia magnética funcional fMRI y la magnetoencefalografía MEG. FMRI mide los cambios locales en los niveles de oxígeno en sangre, que reflejan la actividad neuronal local. Puederevelan patrones detallados de actividad espacial a una resolución de un par de milímetros, pero no es muy precisa en el tiempo, ya que cada medición de fMRI refleja la actividad promedio durante cinco a ocho segundos. Por el contrario, MEG mide los campos magnéticos generados por el cerebro.Puede rastrear la actividad con una precisión temporal de milisegundos, pero no proporciona una imagen tan detallada espacialmente.
"Cuando combinamos estas dos tecnologías, podemos abordar tanto dónde ocurre la actividad como con qué rapidez surge", dijo el Dr. Henriksson, quien recopiló los datos de imágenes en la Universidad de Aalto.
En el futuro, el equipo de investigación planea incorporar tecnología de realidad virtual para crear entornos 3D más realistas para que los participantes experimenten. También planean construir modelos de redes neuronales que imiten la capacidad del cerebro para percibir el entorno.
"Nos gustaría unir estas cosas y construir sistemas de visión por computadora que se parezcan más a nuestros propios cerebros, sistemas que tienen maquinaria especializada como la que observamos aquí en el cerebro humano para detectar rápidamente la geometría del entorno", dijo el Dr..Kriegeskorte.
Este artículo se titula "Codificación invariante rápida del diseño de escenas en OPA humana". Marieke Mur, PhD, quien desde entonces se unió a la Western University en Ontario, Canadá, también contribuyó a esta investigación.
Esta investigación fue apoyada por la Academia de Finlandia Beca de Investigación Postdoctoral; 278957, la Academia Británica Beca Postdoctoral; PS140117 y el Consejo Europeo de Investigación ERC-2010-StG 261352.
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por Instituto Zuckerman de la Universidad de Columbia . Nota: el contenido se puede editar por estilo y longitud.
Referencia de la revista :
cite esta página :