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En Cierta Ciencia, de la mano de la genetista Josefina Cano nos acercamos, cada quince días, al trabajo de muchos investigadores que están poniendo todo su empeño en desenredar la madeja de esa complejidad que nos ha convertido en los únicos animales que pueden y deben manejar a la naturaleza para beneficio mutuo. Hablamos de historias de la biología.

Cómo el cerebro percibe las texturas.

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Nuestras manos y en especial la punta de los dedos tienen una sensibilidad asombrosa para percibir las texturas. Podemos, con mucha facilidad diferenciar entre un papel un poco rugoso y la superficie lisa de un vaso de vidrio, pero también somos sensibles a diferencias más sutiles como la suavidad de la seda o la que da un tejido de algodón.

La información sobre la textura se trasmite desde los sensores de la piel, y a través de los nervios, a la corteza somatosensorial, esa parte del cerebro responsable de interpretar el sentido del tacto. Las neuronas responden a una variedad enorme de características de una superficie creando una representación de alta definición de las texturas en el cerebro. Un nuevo estudio de neurocientíficos en la Universidad de Chicago muestra cómo las neuronas en ese lugar del cerebro realizan su trabajo.

“Los objetos suelen tener texturas que podemos describir en términos simples, como duro o suave o áspero. Pero también lo podemos hacer con el terciopelo o algo con pelos. La variedad de diferentes adjetivos (aterciopelado, peludo) que se usa para describir las texturas sólo resalta que estamos en un espacio sensorial muy rico. Por eso, tiene sentido que se necesite un espacio neuronal igualmente rico para que el cerebro pueda interpretar todas esas señales”, dice Sliman Bensmaia, Ph.D. y profesor asociado de biología y anatomía de la Universidad de Chicago y uno de los autores del estudio.

Bensmaia es un experto en los estudios de cómo el cerebro y el sistema nervioso interpretan el sentido del tacto y por supuesto de cómo hace la distinción de las texturas. Ya en 2013 su laboratorio había demostrado cómo diferentes clases de fibras nerviosas responden a diversos aspectos de la textura. Algunos nervios responden principalmente a elementos espaciales de textura gruesa, como los que se crean cuando la piel entra en contacto con las letras de un alfabeto Braille. Otros responden a la vibración creada cuando la piel se desliza por texturas finas como las telas, que incluyen la gran mayoría de las texturas que encontramos en el mundo real.

En ese estudio, Bensmaia y sus colegas usaron un tambor que rotaba, cubierto con tiras de diversas texturas variando en dureza o delicadeza, como papel de lija, tejidos y plásticos. Mientras el tambor rotaba, las señales captadas por las puntas de los dedos de monos Rhesus (con un sistema somatosensorial muy similar al de los humanos), fueron grabadas.

Para el nuevo estudio, liderado por Justin Lieber, los investigadores grabaron las respuestas correspondientes a las mismas texturas directamente desde el cerebro, usando electrodos implantados en la corteza somatosensorial de los monos.

Los nuevos datos muestran que las neuronas responden de una forma bastante peculiar a las diversas características de las texturas. Los autores identificaron al menos veinte patrones diferentes que correspondían a texturas finas, gruesas, ciertos patrones de ranuras de la piel o un número grande de mezclas.

“Algunos de esos patrones los podemos asignar a cosas que entendemos, como la dureza o el patrón espacial de una textura. Pero luego se convierten en una combinación de vibraciones de la piel, o patrones de deformaciones de la piel, cosas que son abstractas y más bien difíciles de describir”, dice Bensmaia.

Pero son esas características más abstractas de la textura las que pueden hacer la diferencia a la hora de poder distinguir, digamos, entre los diversos entramados de unas sábanas. Los investigadores grabaron las respuestas a 55 texturas diferentes; Bensmaia dice que él puede decir cuál textura es con sólo mirar el patrón de actividad que ella generó en el cerebro.

“El terciopelo excita a una subpoblación de neuronas más que a otra y el papel de lija lo hará con otra población que se superpondrá a ella. Es esa variedad de las respuestas lo que al final permite la riqueza de la sensación”.

Bensmaia y Nicho Hatsopoulos, profesor de biología y anatomía, quien estudia cómo el cerebro dirige el movimiento en las extremidades, también han sido pioneros en la investigación para construir piernas y brazos prostéticos, robóticos y controlados por el cerebro. Ellos trabajan implantando arreglos de electrodos en la corteza somatosensorial y en áreas del cerebro que controlan el movimiento. Los electrodos recogen la actividad en las neuronas a medida que el paciente piensa en mover su propio brazo y dirigir así el movimiento del robot. La mano prostética está equipada con sensores que le permiten tener la sensación del tacto, al igual que lo haría la punta de un dedo, lo que a su vez genera señales eléctricas que estimulan las áreas cerebrales adecuadas y precisas.

En teoría la misma técnica podría recrear la sensación de textura a través de una mano neuro robótica, pero Bensmaia puntualiza que el nuevo estudio muestra el por qué eso podría ser un desafío muy grande. Las neuronas que corresponden a cada punta de los dedos están localizadas en áreas claramente definidas de la corteza somatosensorial, por eso es fácil estimular el punto apropiado para determinado contacto. Pero las neuronas que se ocupan de la distinción de las texturas están regadas por toda la corteza y están mezcladas. No existe una región definida de neuronas que respondan al papel de lija o el plástico del teclado de un computador, por ejemplo.

“Va a ser un enorme desafío tener la capacidad de crear sensaciones de textura a través de la estimulación eléctrica pues no existe ese grupo monolítico de neuronas trabajando juntas. Todo es tan heterogéneo que hará difícil su implementación en las prótesis. Pero al fin y al cabo eso es lo que produce esa riquísima sensación de las texturas, esa falta de homogeneidad”, finaliza Bensmaia.

Referencia:

Justin D. Lieber, Sliman J. Bensmaia. High-dimensional representation of texture in somatosensory cortex of primates. Proceedings of the National Academy of Sciences, 2019

JOSEFINA CANO
Ph.D. Genética Molecular

Más información en el Blog Cierta Ciencia

Obras de Josefina Cano:

Viaje al centro del cerebro. Historias para jóvenes de todas las edades (Amazon)

En Colombia en la Librería Panamericana y en Bogotá en la Librería Nacional

Viaje al centro del cerebro. Historias para jóvenes de todas las edades. (Planeta)


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