Nuestro cerebro predice el presente: Estímulos visuales, EEG y mecanismos de predicción neuronal.

30/11/2023 at 06:11:47

¿Vivimos en el pasado?

La transmisión de información sensorial a través del sistema visual lleva tiempo, igualmente, la interpretación neuronal de estos estímulos es un proceso que tarda un poco. Por lo tanto, la información que el cerebro recibe proveniente de los ojos siempre tendrá unos milisegundos de retraso con respecto a lo que ocurre en la realidad.

Como resultado de este retraso, la información visual disponible para el cerebro siempre va a estar rezagada con respecto a los eventos en el momento presente.

Se pudiera decir que, de alguna manera, sí vivimos en el pasado.

La compensación de estos retrasos es crucial para funcionar en entornos dinámicos, ya que interactuar con un objeto en movimiento requiere conocer la localización del objeto en tiempo real. Una forma en la que el cerebro puede lograr esto es a través de la predicción de eventos anticipados.

Un estudio reciente utilizó la decodificación de datos electroencefalográficos (EEG) para demostrar que el sistema visual representa la posición futura anticipada de un objeto en movimiento, mostrando que los mecanismos predictivos activan las mismas representaciones neurales que la entrada sensorial aferente (input). Esta activación es evidente antes de que la entrada sensorial correspondiente a la posición de estímulo pueda llegar al área del cerebro donde será interpretada.

Además, los científicos demostraron que cuando los eventos predichos no suceden, la información sensorial llega demasiado tarde para evitar que el sistema visual represente lo que se esperaba pero nunca se presentó.

Esta investigación demostró cómo el sistema visual puede implementar mecanismos predictivos para preactivar las representaciones sensoriales, lo que podría ayudar a compensar sus limitaciones temporales, permitiéndonos interactuar con entornos visuales dinámicos en tiempo real.

El experimento.

Treinta y dos observadores vieron secuencias de movimiento aparente mientras se registraba su actividad cerebral mediante el electroencefalograma (EEG). Usando las respuestas de EEG al estímulo inicial en cada secuencia, clasificadores de patrones multivariados fueron entrenados para distinguir los patrones de actividad de EEG provocados por el estímulo en cada una de las secuencias. En todas las comparaciones, los clasificadores pudieron decodificar la posición de estímulo presentada comenzando 50 ms después del inicio del estímulo.

Cuando los eventos sensoriales contradicen a las predicciones, la corteza visual representa el estímulo esperado pero no presentado.

Si un objeto en movimiento desapareció repentinamente (por ejemplo, moviéndose en el sentido de las agujas del reloj en un círculo y desapareciendo en la posición de las 12 en punto), los registros mostraron que durante un tiempo, los cerebros de los participantes actuaron exactamente como si el objeto todavía estuviera allí y todavía en movimiento, en la posición de la 1 en punto.

También los investigadores demostraron qué sucede cuando un objeto cambia de dirección en lugar de desaparecer. El cerebro no puede saber sobre el cambio de dirección hasta que reciba esa información de los ojos. Cuando el objeto cambió repentinamente de dirección, pasó un tiempo antes de que el cerebro se enterara. Durante ese tiempo, el cerebro continuó extrapolando la posición del objeto a lo largo de su trayectoria original. Cuando finalmente llegó la información sobre la posición real del objeto, la predicción original se sobrescribió rápidamente. El cerebro encubrió sus propias predicciones erróneas.

Para que los mecanismos predictivos compensen los retrasos en la transmisión neuronal, deben ser capaces de producir representaciones sensoriales en ausencia de información.

Los investigadores comprobaron esta teoría; la activación predictiva neuronal, evidente en el EEG, ocurrió entre 70-90 ms antes de la entrada sensorial correspondiente. Al preactivar la posición futura anticipada de un objeto, el sistema visual puede representar su trayectoria más rápidamente de lo que sería posible utilizando solo la información aferente disponible.

Esto proporciona un mecanismo candidato por el cual el cerebro puede actuar en el presente, mientras solo tiene acceso a información sensorial retrasada. La predicción se ha considerado durante mucho tiempo un principio fundamental en la neurociencia.

Y aunque este paradigma actual permitió revelar la activación predictiva de las representaciones neuronales antes de los retrasos en la transmisión sensorial, no proporcionó evidencia de correlaciones de estas representaciones en los eventos conscientes.

Si la breve activación de representaciones incorrectas conduce a una percepción consciente del evento predicho, incluso si es de corta duración, es una pregunta interesante que aún no tiene respuesta.

Probablemente, este mecanismo inconsciente esté destinado a servir como guía para generar acciones reflejas como respuestas a estímulos externos, más allá de la predicción de eventos conscientes. Sobre todo en aquellos estímulos visuales que ameritan una respuesta motora rápida, como atrapar o esquivar una pelota de béisbol a más de 140 Km/h.

El conocimiento sobre estos procesos podría ayudar a los neurocientíficos a entender mejor cómo el cerebro percibe el mundo externo a través de los diversos estímulos sensitivos y sensoriales.

Los estímulos visuales juegan un papel muy importante en la percepción del mundo exterior, a pesar de ser percibidos con un pequeño retraso; gracias a los mecanismos predictivos neuronales, la información visual puede ser interpretada a tiempo. Otros estímulos como los auditivos, también podrían estar mediados por mecanismos de predicción, sin embargo, esta y otras modalidades sensoriales y sensitivas aún no se han estudiado en este contexto.

Mediante el uso del EEG y de modelos que ayuden a “entrenar” el ojo humano, estos conocimientos sobre los procesos predictivos neuronales podrían ayudar a las personas a mejorar su desempeño en muchas áreas que requieran coordinación visual y motora.

Tal vez, se puedan desarrollar simuladores que utilicen estos mecanismos de predicción neuronal para ayudar al usuario a desarrollar sus habilidades motoras y a confiar en sus instintos. Quizás sean de utilidad en deportistas, en personas que manipulan maquinaria o que ejercen trabajos remotos a través de una interfaz, personas que realicen algún tipo de rehabilitación física, incluso en cirujanos, para mejorar su destreza y tiempo de respuesta.

Cualquier actividad que amerite una fina coordinación visual y motora, podría beneficiarse de esta clase de descubrimientos neurocientíficos.

El cerebro sigue maravillando a todos con sus increíbles funciones, gracias al EEG y a experimentos como este, cada día podemos entender mejor cómo funciona.

Referencias:

1- What you’re seeing right now is the past, so your brain is predicting the present.
https://theconversation.com/amp/what-youre-seeing-right-now-is-the-past-so-your-brain-is-predicting-the-present-131913

2- Predictions drive neural representations of visual events ahead of incoming sensory information.
https://www.pnas.org/content/117/13/7510

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