Ver para ver, pero no solo ‘tabula rasa’ en la corteza visual

Firma invitada

Fernando Giraldez

Si un hombre nacido ciego recuperara la vista, ¿podría identificar al mirar los objetos que no pudo ver pero que conoce por el tacto? Esta fue la pregunta de William Molyneux a John Locke en 1688 y que éste último discutió en su «Ensayo sobre el entendimiento humano» (1). La cuestión puede considerarse una prueba para confrontar la idea de la existencia del conocimiento innato frente a la de que todo es aprendido, la tabula rasa, un caso particular del problema general del problema de “lo innato y lo adquirido”. En realidad, el “experimento” de Molyneux se ha realizado parcialmente mediante el tratamiento quirúrgico de cataratas congénitas en niños y la respuesta parece ser que la visión normal requiere una exposición temprana para desarrollar la capacidad plena de identificar objetos o para la percepción del espacio. Pero como toda buena pregunta, la respuesta genera aún más preguntas. ¿Excluye lo dicho que algún reconocimiento categórico fundamental para la supervivencia pueda ser heredado?, ¿Implica el resultado que no haya requisitos previos al aprendizaje, fuera de una capacidad asociativa general del cerebro? ¿Es el cerebro una verdadera tabula rasa?

¿Reconocería un ciego que recuperara la vista unas formas que solo ha conocido tocándolas simplemente con verlas? Imagen: Wikimedia Commons

La capacidad humana para reconocer caras es bastante sorprendente. Se desarrolla muy temprano en la vida y tiene una serie de reglas específicas de tipo gestalt (2). Su prominencia en la infancia se manifiesta por cómo miran fijamente una cara que entra en su campo visual o el tamaño de los rostros dibujados por los niños cuando se les pide dibujar a su madre. Sin duda, el reconocimiento facial tiene un poderoso valor evolutivo, de supervivencia, tanto durante la infancia para la identificación de los próximos, como en la vida adulta para interactuar con los otros. De acuerdo con ello, el reconocimiento de caras requiere de mecanismos neuronales específicos y refinados. Esto se ejemplifica bien por un problema neurológico llamado prosopagnosia, un trastorno en el que los pacientes no pueden identificar las caras (ceguera facial). Los pacientes que sufren de prosopagnosia pueden ver e identificar numerosos objetos, pero no las caras. Pueden ver las líneas o formas que impactan en sus ojos, pero no identificar que aquello es una cara. Es decir, su sistema visual “está bien”, pero no pueden ver caras. Estos pacientes son capaces de compensar el defecto y a lo largo de sus vidas aprenden a identificar con quién están hablando mediante datos contextuales como la voz, la ropa o el aroma, y así no “confundir a su mujer con un sombrero”, como contaba el popular neurólogo Oliver Sacks.

Ubicación del giro temporal inferior. Imagen: Wikimedia Commons

La visión de las caras se ha rastreado hasta una región del cerebro, el lóbulo temporal inferior, más específicamente en la corteza infratemporal (IT). Esta región está dañada en muchos pacientes que sufren prosopagnosia y su estimulación distorsiona el reconocimiento facial, lo que sugiere que es un módulo esencial para la categorización facial. De hecho, el registro directo de la actividad de neuronas en la corteza temporal de monos muestra que hay neuronas que responden con alta selectividad a caras frente a otros objetos. Pero téngase en cuenta que esta capacidad de reconocer caras no sale de la nada en el cerebro y no es un mecanismo neuronal aislado o único. Cerca de estas «área de la cara» hay otras regiones que son selectivas a otras partes del cuerpo, a objetos, en fin, a «las cosas» que nos rodean. En otras palabras, la corteza temporal inferior alberga sistemas neuronales que categorizan el mundo que nos rodea. La organización de estos dominios de reconocimiento es invariante entre los individuos: las neuronas que responden a una categoría dada se agrupan y guardan relaciones topológicas constantes. Por lo tanto, parece que el aparato cerebral dedicado a la categorización del mundo que está muy bien estructurado, tanto anatómica como funcionalmente.

El problema es ahora saber cómo surge una estructura tan sofisticada en el cerebro. ¿Heredamos estos circuitos, o se organizan a lo largo de la vida? Parece obvio que es poco probable que la maquinaria neuronal para detectar teléfonos o sillas esté en nuestro cerebro al nacer, pero ¿ocurrirá lo mismo con las caras? ¿Podría ser que la circuitería cerebral dedicada a la detección facial ha sido seleccionada por la evolución y transmitida de padres a hijos? Este ha sido un tema de discusión recurrente en los últimos años y alguna evidencia apunta que este puede ser el caso. Sin embargo, una serie reciente de artículos del laboratorio de Margaret Livingstone (3) y sus colegas de Harvard apuntan más bien en otra dirección. A continuación describiré algunos de sus experimentos hechos en monos cuyo sistema de percepción es muy parecido al nuestro (4).

La primera pregunta que se hicieron los investigadores fue muy simple: ¿están presentes estas «áreas de categorización” al nacer? La respuesta parece ser negativa. Si bien en etapas tempranas de la vida la organización general del sistema visual es parecida a la de un adulto, esto no es así en los detalles. De hecho, los dominios dedicados a las caras o a los diferentes objetos no están presentes al nacer, aunque esto no significa que no haya ningún tipo de estructura. Por el contrario, estas regiones muestran lo que se llama una organización retinotópica, es decir, una correspondencia punto a punto entre la retina y una región dada del cerebro. También muestran una capacidad elemental de análisis, por ejemplo, pueden detectar patrones elementales como líneas, y su resolución varía del centro a la periferia (más a menos resolución respectivamente). Y más aún, las regiones centrales prefieren líneas con mayor curvatura que las periféricas. Por lo tanto, al nacer, esta región que más adelante alojará “las categorías” no está aún organizada en categorías, sino en una proto-arquitectura con reglas propias.

La siguiente pregunta ahora no es otra que ¿cómo se transita desde esta proto-arquitectura a la arquitectura adulta? Una posibilidad es que tengamos circuitos innatos que simplemente requieran madurar, algo así como «las categorías ya están ahí, pero requieren tiempo para desarrollarse». La alternativa es que la interacción de esta proto-arquitectura con el entorno es lo que impulsa y especifica la estructura madura. La idea es que la arquitectura cerebral se continúa desarrollando después del nacimiento pero para ello requiere la interacción del propio sistema nervioso con su entorno (5). Con esto en mente, Margaret Livingstone y su grupo se preguntaron si el desarrollo de los «dominios cara» en el cerebro está ahí y requiere tiempo o por el contrario requiere exponerse a caras. Su experimento consistió en explorar lo que les sucede a los monos criados sin ninguna exposición a caras, aunque expuestos a un ambiente por otra parte “normal”, rico en otros estímulos (pudieron ver una variedad de juguetes y objetos, así como oír y oler a otros monos). El resultado fue que, a los seis meses, cuando los monos normales desarrollan los “dominios cara”, aquellos no expuestos a caras fueron incapaces de desarrollarlos. De acuerdo con ello, el comportamiento de los monos también fue menos atento y menos selectivo para las caras. Las regiones dedicadas a otras categorías, sin embargo, se mantuvieron esencialmente sin cambios. Al investigar ahora si el “dominio cara” simplemente desaparece o se reorganiza, descubrieron que el territorio es invadido por neuronas que responden selectivamente a otras cosas, a otras categorías como, por ejemplo, las manos. Por lo tanto, la región en estas etapas es plástica: capaz de categorizar caras, pero también otras cosas si no hay caras.

En resumen, esto sugiere que el origen de los «dominios cara» no difiere del de los otros dominios de categorización cerebral. De alguna manera aprendemos a ver, viendo. Sin embargo, el trabajo muestra también no es sólo (o simplemente) asociacionismo. Los “dominios cara”, como parte de una región más amplia de los “dominios de categorización», se organiza a partir de una proto-arquitectura basada en la geometría, la correspondencia retinotópica punto a punto entre la retina y la corteza. Y esta organización retinotópica incluye también la excentricidad como una dimensión. Esto se refiere a que los diferentes elementos del análisis de la escena visual están orientados hacia diferentes regiones del campo visual. En palabras de Livingstone y colaboradores, “una organización retinotópica innata lleva consigo una organización para el tamaño del campo receptivo y, por lo tanto, un sesgo para características como la curvatura y la escala”. Por lo tanto, la excentricidad es un principio importante de la organización para estructurar los «dominios de categorías» y, de hecho, un vínculo entre la geometría y la organización inducida por la actividad. La hipótesis es que la frecuencia de aparición de diferentes objetos dentro del campo visual puede impulsar la organización de los parches dedicados a las diferentes categoría y dictar su ubicación. En otras palabras, la organización de esta región de la corteza refleja la organización del espacio visual (idea ya avanzada por Rafael Malach del Weizmann Institute de Israel). Las caras se representan en la región central del dominio de las categorías porque las caras son lo que los bebés ven constantemente en el centro de su campo visual que a su vez está sesgado para las figuras curvas, mientras que las manos o las tazas se desplazan hacia la periferia porque allí es donde normalmente están.

Y esto nos lleva de nuevo a nuestra pregunta inicial, el problema de Molyneux y la tabula rasa. Livingstone y sus colaboradores abordan el problema así: “Nuestros resultados limitan cuán fuerte puede ser un sesgo innato de las categorías y muestran que la primera organización no puede ser solamente categórica”. Es decir, siendo verdad que el sistema de detección de caras no es innato, esto no implica que su origen sea sólo la experiencia. Se necesitan unas reglas precisas, intrínsecas al sistema nervioso, que posibilitan la interacción con el entorno: la topología de los diferentes dominios visuales (curvatura, escala, resolución). Se trata así de otro ejemplo interesante para mostrar que heredamos reglas y no «cosas». Una vez más, la discusión entre el carácter innato o adquirido de las funciones cerebrales como si fueran variables independientes aparece como un problema mal planteado cuando se ahonda en los mecanismos del desarrollo del cerebro.

NOTAS:

(1) William Molyneux (1656-1698) expuso el problema en Dioptrica nova (1692) y en una carta a John Locke, que éste reproduce en su Ensayo sobre el entendimiento humano (1694). La carta original de Molyneux se puede ver en https://plato.stanford.edu/entries/molyneux-problem/

(2) Gestalt es un término alemán y se suele traducir por forma, configuración o estructure. Define una corriente en la psicología que enfatiza el carácter global y organizado de la percepción. Se desarrolló a principios del siglo XX pero se puede trazar a Ernst Mach, un extraordinario científico y filósofo que realizó detallados estudios sobre la visión. Los psicólogos de la Gestalt descubrieron numerosas reglas con las que organizamos nuestras precepciones, mostrando que no son la mera agregación de elementos. Esta visión respira el concepto de las reglas a priori de Immanuel Kant.

(3) Margaret Livingstone es profesora de Neurobiología de la Harvard Medical School y se inició en la fisiología de la visión con el premio Nobel David H. Hubel en los años ochenta. Es autora de Vision and Art, un libro muy interesante sobre la biología de la percepción artística.

(4) Los monos tienen un sistema visual muy similar al nuestro, con lo que los resultados pueden ser extendidos a los humanos con bastante garantía. Estos experimentos se realizan utilizando la técnica de fMRI (Resonancia Magnética Nuclear funcional) que permite el mapeo de la actividad neuronal en dominios restringidos del cerebro. Es una técnica que no mide directamente la actividad de las neuronas sino el flujo sanguíneo, que a su vez es proporcional a la actividad neuronal. Su resolución espacial es de aproximadamente un milímetro de territorio cerebral, lo que supone la actividad agregada de varios miles de neuronas. La gran ventaja es que se trata de una técnica no invasiva que permite realizar experimentos en monos despiertos y entrenados realizar tareas específicas.

(5) Las interacciones del sistema nervioso con el entorno provocan cambios en la expresión de genes, refuerzo o debilitamiento de las conexiones neuronales (número de sinapsis, producción y liberación de neurotrasmisores, etc.). Estos mecanismos subyacen a los principales cambios observados en el cerebro del bebé y los llamados «períodos críticos». Se trata de un proceso fascinante que implica que durante la infancia la estructura física del cerebro depende de su interacción con el entorn. Un ejemplo paradigmático de plasticidad y de la interacción entre los genes y el medio ambiente.

Referencias:

Arcaro, M.J., Schade, P.F., Vincent, J.L., Ponce, C.R. & Livingstone, M.S. (2017) Seeing faces is necessary for face-domain formation. Nature Neuroscience 20: 1404 https://www.nature.com/articles/nn.4635

Véase también: Livingstone, M.S., Arcaro, M.J. & P.F. Schade (2018) Cortex Is Cortex: Ubiquitous Principles Drive Face-Domain Development. Trends in Cognitive Sciences, 24: Letter DOI: 10.1016/j.tics.2018.10.009 Aquí se discuten algunas alternativas a la hipótesis de Livingstone y colaboradores.

Esta nota surgió de una charla con Jordi Chanovas (SUNY Downstate Medical Center) a quien agradezco sus sugerencias y comentarios.

Sobre el autor: Fernando Giráldez es catedrático de biología del desarrollo en el Departament de Ciències Experimentals i de la Salut de la Universitat Pompeu Fabra. Su carrera investigadora tanto en la Universidad de Cambridge como en distintas universidades españolas se ha centrado en el desarrollo y funcionamiento de los órganos de los sentidos. El profesor Giráldez tiene un especial interés en los aspectos filosóficos y humanísticos de la neurociencia. Mantine el blog Las neurociencias y las letras.

2 comentarios

  • Avatar de Thalassa

    DIcho lo de usted, añadiré que la repetición se convertiría en rutina especializada e irracional.

  • Avatar de Manuel López Rosas

    ¿Cómo entender lo que somos, la forma en que entendemos que algo somos? Muy valioso todo lo expuesto, ahora requiero tiempo para reflexionar acerca de posibilidades contenidas en este artículo. Agradezco la cuidadosa elaboración.

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