¿Se le acabaron los rompehielos en su último cóctel o reunión de vigilancia? Yo le cubro. Además de mi pasión por los relojes de pulsera vintage, en realidad me fascina y me instruyo en la comprensión de las funciones internas del cerebro humano. En mi trabajo diario soy neurocientífica y trabajo en la toma de decisiones, la atención y cómo se ven afectadas por las interacciones de regiones cerebrales distantes. En realidad, éste será mi primer intento de unir estos dos mundos -la relojería y la neurociencia-. Por tanto, el ensayo se centrará menos en Relojes Antiguos y más en algunos aspectos básicos del funcionamiento del cerebro explicados para el empollón de los relojes. Y esto no es tan esotérico o forzado como pueda parecer en un principio porque el cerebro es intrínsecamente muy rítmico y la cognición (es decir, los procesos del pensamiento) pueden entenderse bien con la terminología relojera.
18 de octubre de 2024
Los relojes del cerebro - Cómo los relojes internos configuran nuestra percepción del mundo
Marcus Siems @siemswatches
Coleccionista, autor, analista de datos
Puede que sepa, o puede que no, que además de mi pasión por los relojes de pulsera de época, en realidad me fascina y me instruyo en la comprensión de las funciones internas del cerebro humano. Durante mi trabajo diurno soy neurocientífica y trabajo en la toma de decisiones, la atención y cómo éstas se ven afectadas por las interacciones de regiones cerebrales distantes.
Y... redoble de tambores por favor... éste será mi primer intento de unir el mundo de la relojería y el de la neurociencia. Creo que puede haber bastante sinergia. Así pues, intentaré cubrir algunos aspectos básicos del funcionamiento del cerebro explicados para el empollón de los relojes. Y esto no es tan esotérico o forzado como pueda parecer al principio porque el cerebro es intrínsecamente muy rítmico y la cognición (es decir, los procesos del pensamiento) se pueden entender bien con la terminología relojera. Y francamente, ¡divirtámonos un poco mientras aprendemos algo nuevo!
El cerebro funciona de forma análoga a un sistema de varios relojes. Cómo es eso posible o beneficioso es lo que me gustaría mostrar. Imagen cortesía de Freepik.
1) Ritmos cerebrales
Al igual que los relojes de pulsera, la historia de los "relojes cerebrales" comienza ya a principios del siglo XX. Hace casi exactamente 100 años, en 1925, el neurólogo alemán Hans Berger fue pionero en la electroencefalografía (EEG) tecnología. Hoy en día, la EEG es una práctica habitual en hospitales y consultas de neuro y psiquiatría de todo el mundo. En pocas palabras, el EEG puede medir los potenciales eléctricos en la superficie de la cabeza que se generan por la actividad neuronal: El aumento de la actividad de las neuronas provoca una despolarización y las señales "bajan".
Pero aparte de la actividad aparentemente caótica, Berger también observó periodos de actividad neuronal sincrónica que mostraban despolarización y repolarización de forma orquestada - se identificó el primer ritmo, por tanto "alfa":
Figura 1. (Izquierda) Configuración de un moderno gorro de EEG con 64 electrodos anulares. (Derecha) Ilustración del llamado efecto Berger: Cuando los ojos están cerrados surge un ritmo prominente a unos 10 Hz sobre los electrodos posteriores (parte posterior de la cabeza). Datos y fotografía por cortesía del Centro Médico Universitario Eppendorf de Hamburgo.
El llamado "efecto Berger" describe un hallazgo bien reproducible según el cual siempre que alguien cierra los ojos se puede observar un patrón de actividad estable y estereotipado - un ritmo de unos 10 ciclos por segundo - más fuerte en los electrodos situados en la parte posterior de la cabeza. Y por experiencia personal puedo decirle que ésta es la señal más fácil de encontrar y también la más fiable. Sólo necesitará dos electrodos y será directamente visible en prácticamente todos los humanos sanos y despiertos: Cierre los ojos y el ritmo alfa estará ahí, ábralos y habrá desaparecido... todas las veces.
En otras palabras, grandes conjuntos de neuronas en la parte posterior de nuestra cabeza funcionan juntas más o menos como un mecanismo de relojería estable a 36.000 Vph. Así es como el cerebro puede entenderse en algunos casos o durante periodos de tiempo como pequeños movimientos de reloj con un muelle, un tren de engranajes y un volante.
Quién iba a pensar que el ritmo más destacado del cerebro hace tictac al mismo ritmo que los calibres Hi-Beat vintage de Zenith y Grand Seiko. Foto cortesía de Phillips.
Estos ritmos tampoco son aleatorios ni raros. En los últimos 100 años y, en particular, desde la década de 1990 ([aquí]) los ritmos cerebrales empezaron a desempeñar un papel crucial en la forma en que podemos comprender mejor la función cerebral, la cognición y las interacciones entre las regiones del cerebro ([aquí] y[aquí]). Y hemos aprendido que estos ritmos están en todas partes, con frecuencias variables, y parecen ser un código versátil para encaminar la información de forma flexible cuando se necesita en una determinada tarea o para un comportamiento elegido ([aquí] &[aquí]).
2) Discretizar el tiempo - Cómo los ritmos cerebrales moldean nuestra percepción
Antes de profundizar demasiado en todo tipo de mecanismos y cogniciones diferentes retomemos con nuestros 10Hz 'alfa' de 10 Hz. Curiosamente, aunque no veamos la oscilación de 10 Hz de forma tan prominente cuando los ojos están abiertos - porque se entremezcla con otros ritmos - sigue desempeñando un papel importante en nuestra percepción visual ([aquí]). Y particularmente estos alfa parecen estructurar también nuestro mundo visual experimentado:
Figura 2. Discretización esquemática de nuestra experiencia visual a través de la actividad cerebral oscilatoria. Si dos breves destellos de luz se funden en uno (destello 1 y 2; marco naranja) o se perciben como dos entidades (destello 3 y 4; marcos azul y verde) parece depender de su sincronización con respecto a la actividad intrínseca del cerebro. Esquema modificado de Van Rullen (2016), Tendencias en ciencias cognitivas.
Nuestra experiencia consciente podría funcionar así de forma análoga a un rollo de película. Si se muestran dos imágenes en breve sucesión, a veces las fusionamos y las percibimos como una sola (como flash 1&2; marco naranja) y a veces percibíamos los dos uno tras otro (flash 3&4; cuadros azul y verde)([aquí] & [aquí]). Es importante destacar que el hecho de que se experimente uno u otro escenario parece depender del lugar en el que se produzcan los dos destellos dentro de la oscilación: en el mismo ciclo (fusionados) o en ciclos diferentes (separados). Una oscilación puede entenderse así como un fotograma dentro de una película*.
2a) Tiempo discretizado a través del movimiento de la mano
Ahora replanteemos esto con términos horológicos. Una oscilación es más o menos una oscilación pendular... y hay un péndulo dentro de cada reloj mecánico, concretamente el volante. El muelle dentro del volante se alarga y contrae constantemente, hacia delante y hacia atrás. Aunque el volante está en movimiento perpetuo, debido al escape de palanca sólo percibimos el movimiento de las manecillas en momentos discretos. Discretizar las oscilaciones cerebrales es por tanto (en espíritu) ¡lo mismo que añadir el escape de palanca al volante!
Figura 3. Discretización esquemática de nuestra experiencia visual análoga al funcionamiento interno del movimiento de un reloj. Si dos breves destellos de luz se funden en uno (destello 1&2; esfera naranja) o se perciben como dos entidades (destello 3&4; esferas azul y verde) depende de su sincronización con respecto al movimiento de la manecilla**.
Así, al igual que en el cerebro, el movimiento de un reloj digitaliza un flujo constante de energía en unidades discretas. Volviendo a nuestro ejemplo de los dos destellos, se fusionarían así en un solo destello (1&2) o se percibirían como dos (3&4) dependiendo de si "la manecilla se movía" entre los destellos.
3) Cronometraje adaptativo - Ritmos cerebrales que se ajustan al entorno
Sin embargo, hay una diferencia importante entre los relojes y los cerebros: El ritmo/frecuencia es estable un calibre de reloj pero adaptativo para el sistema biológico... Por ejemplo, los ritmos cerebrales pueden ser rápidamente modulados, interrumpidos y reiniciados - "reseteados"- por procesos internos del pensamiento ([aquí]) así como por breves cambios en nuestro entorno ([aquí]):
Figura 4. Esquema de un eterno 'reseteo' de la oscilación neuronal como respuesta a cambios en el entorno. El 'reseteo' describe que, sea como sea la actividad (líneas de color) antes del estímulo (bombilla y línea discontinua vertical), cambia a un modo estereotipado después. Adaptado y modificado de Landau et al., 2015, Biología actual.
Sin embargo, de forma más sutil las oscilaciones también pueden alinearse con las condiciones ambientales. Por ejemplo, la frecuencia se adapta cuando una tarea es fácil o muy difícil. Durante una tarea difícil puede que necesite muestrear la información en más "unidades discretas", por lo que la frecuencia aumenta ([aquí]). Esto es compatible con cambiar la frecuencia de su cronógrafo para poder medir el tiempo en unidades cada vez más pequeñas ganando precisión. Por otro lado, cuando necesitara estar muy seguro de que se ha producido un determinado acontecimiento, el cerebro integraría la información durante periodos más largos, por lo que la longitud del ciclo de oscilación aumenta (por tanto, la frecuencia disminuye) ([aquí]). Del mismo modo, la frecuencia del ritmo se adapta en entornos predecibles ([aquí]).
4) ¿Qué pensar de todo esto?
Es una pregunta muy buena... Bueno, espero que para su próximo cóctel o reunión relojera pueda soltar algún rompehielos al azar sobre cómo el cerebro es como un movimiento de reloj más adaptable, más flexible, más biológico. El tic-tac-tac de cada movimiento de las manecillas es la salida perceptible de energía que se transmite constantemente del muelle real al escape. Del mismo modo, el flujo constante de información procedente de nuestro entorno se analiza en segmentos digeribles en nuestro cerebro y, en última instancia, en nuestra experiencia consciente del mundo.
'Reloj en la cabeza' - una imagen generada por la IA. Cortesía de DeepAI.
Pero aparte de esa información -y lo digo con una amplia sonrisa- no estoy muy segura de cuál es mi público objetivo para esta obra en particular***. He disfrutado mucho escribiéndola. ... Pero por muy friki que parezca todo esto, es en gran medida puro entretenimiento para probablemente el 99,99999% de los lectores potenciales que hay ahí fuera. Es mi momento 'mira qué guay es todo esto'. Y me alegro mucho por ello.
Sin embargo, si hay algún lector interesado por ahí que saque algo de esto más allá de acumular superfluo conocimiento siempre estoy más que encantado de profundizar en el tema. Hasta entonces: ¡Puede estar orgulloso de sí mismo porque ha llegado al FINAL!
* Curiosamente, así es también exactamente como funcionan las películas: Los fotogramas - como las bombillas 1&2 - van y vienen demasiado rápido para que nuestro cerebro perciba las transiciones y las imágenes se convierten en una experiencia suave: una película.
** Tengo que admitirlo: para mantener la sencillez de la ilustración cambié la sincronización entre el movimiento del escape y la oscilación. En los relojes, el escape se mueve dos veces por oscilación completa, es decir, cuando el muelle está relajado (por tanto, ni contraído ni alargado).
*** A mi escritora fantasma de memorias: Este puede haber sido el momento exacto en que lo perdí...
Glosario
Cognición: Término general para todos los procesos de pensamiento superiores/internos más allá de la entrada sensorial temprana.
Frecuencia: Cuántas oscilaciones caben en un segundo, expresado en hercios (Hz = 1 / segundo). Multiplíquelo por 3.600 y obtendrá la unidad relojera de frecuencia Vph (vibraciones por hora).
Neurona: Célula cerebral en forma de pirámide que es fundamental para la transferencia directa de información electroquímica dentro del cerebro. Son la base de la función cerebral.
Oscilación: Un ciclo completo de una fluctuación potencial de arriba abajo. De forma análoga, se puede pensar en una oscilación completa de un péndulo de izquierda a derecha a izquierda.
Ritmo: Actividad oscilatoria continua a una frecuencia relativamente estable.
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