🧠 El cerebro y el espacio
Cómo nuestro cerebro entiende el espacio y nos permite interaccionar y movernos a través de él
Bienvenidas y bienvenidos a este último boletín del Gran Círculo, donde encontraréis entrevistas y curiosidades en la intersección entre tecnologías geoespaciales y la geografía. Si has llegado aquí por casualidad y no estás subscrit@, ya sabes:
En este sexto episodio hablaremos con dos neurocientíficas que se dedican a entender el funcionamiento del cerebro y su relación con el espacio que nos rodea. Primero, gracias a Rebecca Schwarzlose, neurocientífica e investigadora en la Washington University con doctorado en el MIT y autora del libro Brainscapes: The warped, wondrous maps written in your brain and how they guide you1, el cual ya cité en un pasado boletín, podremos adentrarnos en el fascinante mundo de los mapas cerebrales, y cómo condicionan nuestra manera de entender el mundo que nos rodea. Y por último, Andrea Navas-Olive es física y neurocientífica computacional, estudiante de doctorado en el Laboratorio de Circuitos Neuronales de Instituto Cajal del CSIC, nos ayudará a entender cómo el cerebro sabe dónde se encuentra en el espacio y el tiempo gracias a un curioso "ritmillo" neuronal.
Paisajes cerebrales
En nuestro cerebro hay paisajes. Cuando nos aproximamos a un territorio, somos capaces de diferenciar bosques, praderas, ciudades, ríos o montañas. Neurocientíficas como Rebecca Schwarzlose han descubierto que ciertas áreas del cerebro se estructuran formando paisajes. Paisajes de lo que vemos, oímos, tocamos o hacemos. Estos se pueden cartografiar dando como resultado verdaderos mapas. En palabras de Rebecca, "los mapas cerebrales son regiones que muestran a través de su organización espacial un claro reflejo de lo que una persona está viendo, tocando o oyendo".
En uno de los primeros capítulos de Brainscapes, Rebecca compara los mapas que todo el mundo conoce y los que se encuentran en el cerebro, señalando los componentes básicos para construir una cartografía cerebral. "Se podría decir que en los mapas cerebrales, la electricidad y el tiempo son la tinta de los mapas convencionales". Para explicarlo de manera sencilla, un punto en nuestro plano cerebral equivaldría al paso de corriente eléctrica por una determinada neurona en un momento concreto. Las neurocientíficas dicen que la neurona ha sido activada. Estos paisajes se encuentran principalmente en la parte más externa de nuestro cerebro, y también la más joven en términos evolutivos: el córtex cerebral (y zonas adyacentes).
Uno de los pasajes más fascinantes del libro de Rebecca es donde se explican las regiones cerebrales que codifican movimientos corporales. Un movimiento muy común estudiado por los investigadores es el denominado "mano-boca", utilizado para coger algo cercano con la mano y llevárselo a la boca. Lo curioso, cómo concluye Rebecca, es que estos mapas "no son cartografías de acciones ni de espacios donde discurren dichas acciones, sino mapas de objetivos o destinos [gestuales]" (la versión en inglés "endpoint", como programador me parece más acertada). En el caso de arriba, el área estaba encargada de "llevar algo a la boca con la mano" independientemente de donde se encontraba ésta última.
Aunando en la analogía cartográfica, le pregunté a Rebecca sobre la complejidad de trasladar las visiones y sensaciones externas al interior del cerebro. Teniendo en cuenta las discusiones que existen en el mundo geoespacial sobre la utilización de una proyección u otra, estaba muy interesado sobre el proceso que utilizaba nuestro cuerpo. Para ella "ésta era una de las cosas más increíbles de los mapas cerebrales: revelan cómo la naturaleza consigue traducir una serie de coordenadas a través de una especie de intersección entre la biología y la información". Coordenadas que como se ha explicado más arriba pueden ser tan dispares como dimensiones de objetos, caras o partes del cuerpo, objetivos gestuales o frecuencias sonoras.
Me explicó que el cerebro lo consigue en múltiples pasos, aunque se podrían resumir en dos: "la primera consiste en trasladar la información de nuestro entorno cercano [por ejemplo, el cuadro del Guernica] al interior de nuestro cerebro, y la segunda se refiere a los cambios que se producen a la hora de representar esta información, ya que parte de ella se priorizará y tomará mayor relevancia, frente a otra que quedará en un segundo plano [posiblemente la figura del caballo resaltará sobre el resto]". Esto último es tremendamente importante. Al igual que las proyecciones cartográficas que modifican ciertos aspectos de un mapa. Por ejemplo, la proyección tradicional de Mercator sobredimensiona las áreas cercanas a los polos como Groenlandia en el Norte o la Antártida en el Sur. La evolución magnifica ciertas áreas en función de su importancia. Y como me contó Rebecca, "estas distorsiones condicionan cómo percibimos la realidad".
Otro de los problemas para cartografiar el cerebro es que "el cuerpo humano no es una esfera", comenta Rebecca en su libro. "Tiene protuberancias como tus brazos, piernas y dedos, y cavernas profundas como tu boca y garganta. Transformar semejante superficie en un mapa bidimensional es todo un reto". Si utilizar la piel de la naranja o un globo es ya complicado para explicar cómo funciona una proyección cartográfica, imaginaros hacerlo con la superficie de nuestro cuerpo. Como resultado tiene que haber discontinuidades, como se muestra en la ilustración de más arriba, en el mapa cerebral del tacto la zona sensible al dedo gordo se encuentra adyacente a la de la ceja.
Hexágonos hasta en la sopa
Del córtex exterior y los mapas cerebrales nos desplazamos hasta el interior, hasta llegar al hipocampo y el concepto de mapa cognitivo. En este viaje tuve la suerte de entrevistar a Andrea Navas-Olive, que ahora mismo se encuentra realizando un doctorado en esta parte del cerebro. Andrea me explicó que "el hipocampo es una región del cerebro bastante primitiva, está presente en todos los mamíferos, y es la encargada de la memoria autobiográfica (no la de los Autores de la Generación del 27, sino la de que ayer me tomé un helado en la plaza) y de la navegación espacial." Estos dos aspectos en principio parecen no relacionados, pero como dice Andrea, no podemos estar más equivocados, y es que "todo lo que nos pasa sucede en un lugar del espacio, no puede suceder un hecho sin una ubicación, descubrimos el entorno mediante un movimiento que recordaremos".
En el hipocampo encontramos las famosas células de lugar ("place cells" en inglés), según Andrea, "neuronas que se activan muchísimo cuando estamos en lugares específicos del espacio". Pongamos que una célula de lugar se activa cuando pasamos junto al sofá. Cada vez que nos acerquemos a él, ésta se activará. Lo que pasa es que generalmente no solo hay una célula sino varias. La cantidad dependerá de la importancia del lugar. Como dice nuestra segunda entrevistada, "lo que vemos que sucede es que las zonas importantes del espacio tienen una gran representación, es decir, hay muchas células de lugar asociadas, y cuanto más importante sea el lugar, más hay". Si para ti es más importante el sofá y ver películas de Netflix, seguramente tengas un montón de células de lugar codificando ese sitio, sin embargo, seguramente si tus libros están cogiendo polvo, tendrás menos células de lugar para la estantería2.
El segundo tipo de células especializadas son mis favoritas, son las células de retícula ("grid cells"). Andrea me las definió de la siguiente manera. "Las células de retícula son el ejemplo perfecto de variable alocéntrica, absoluta, ya que se activan siguiendo un patrón de malla hexagonal". Éstas células de rejilla configuran un sistema de coordenadas absoluto. Podríamos decir que se activan siguiendo un patrón similar a un tablero de ajedrez, pero con celdas hexagonales. La evolución nos lleva a los cartógrafos y analistas geoespaciales millones de años de ventaja.
La división del espacio en hexágonos no es algo que sorprenda a un profesional geoespacial. En nuestra industria hay cierto consenso sobre utilizar una malla hexagonal es la mejor manera de subdividir y analizar espacialmente un territorio. Los últimos en subirse al carro han sido los de Uber con su H3. Pero parece que lo de "hexagons are the bestagons" viene de lejos. Al igual que se suele decir con los Simpson, la evolución lo hizo antes3.
Además de las células de lugar y las de rejilla, pregunté a Andrea si existían otro tipo de células que codifican información espacial. ¡Resulta que hay muchas más! "Las células de velocidad, que se activan cuando estás corriendo a cierta velocidad, de borde, que se activan cerca de un borde/pared/muro, de dirección de la cabeza, de tiempo, de recompensa…"4. Esta variabilidad de células está permitiendo definir la base real de algo que la comunidad científica desde hace tiempo lleva llamando mapa cognitivo. La representación mental que nos permite localizarnos y navegar por nuestro entorno. Sin embargo, estas neuronas se está viendo que "no son células que codifican exclusivamente lugares, sino que pueden codificar cualquier cosa, cualquier concepto". La cosa no podía ser tan fácil.
Hasta aquí hemos visto diferentes mecanismos por los que el cerebro consigue localizarse en el espacio, en relación a su propio cuerpo (con las células de lugar) o de manera absoluta (en el sistema de coordenadas generado por las células de retícula). Sin embargo, cuando andamos, nuestro sistema cerebral también es capaz de situar en un eje temporal los lugares que vamos encontrándonos. Esto lo consigue situando la activación de las células de lugar en momentos clave de lo que se denomina como "ritmo u onda theta". Andrea tiene un estupendo video explicando este fenómeno con el youtuber QuantumFracture. Este ritmo se puede dividir en ciclos. En cada ciclo se activarán las células de lugar en un orden determinado, "esta fragmentación permite que en el centro del ciclo se represente el presente, en la parte previa el pasado, de dónde venimos, y en la última parte el futuro, hacia dónde vamos".
Mientras leías esta newsletter en tu móvil, varias regiones en tu córtex cerebral se activaban. Por un lado, dentro de tu mapa del tacto, la sección que codifica el gesto de hacer scroll con tu pulgar se encendía. Por otro, si has estado leyendo este boletín mientras ibas a coger el transporte público, varias células de lugar se disparaban en orden siguiendo un ritmillo, primero la que representaba tu portal, luego el bar de la esquina y por último las escaleras del metro (entre otros mil lugares), y al mismo tiempo, una infinidad de células de retícula se han disparado formando una malla hexagonal invisible en el hipocampo. Increíble.
Buen viaje a ti y al festival techno que tienes en la cabeza.
Schwarzlose, R. 2021. Brainscapes. The Warped, Wondrous Maps Written In Your Brain - And How They Guide You. Houghton Mifflin Harcourt. 302 pp.
Para conocer más sobre células de lugar y campos de lugar recomiendo ver este vídeo de Youtube: How your brain creates maps of abstract spaces | Brain GPS
Como se explica en el fantástico libro Sobre el crecimiento y la forma de D'Arcy Thompson y los postulados del paleontólogo Stephen Jay Gould los organismos tienen sus límites a la hora de crecer y generar estructuras. Parece que la organización de rejilla hexagonal es el resultado de una de estas contingencias. Si ponemos en un mismo volumen multitud de esferas o círculos, y las comprimimos el resultado será una malla hexagonal.
Grieves, R.M and Jeffery, K.J. 2017. The representation of space in the brain. Behavioural Processes, Vol. 135: 113-131.