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Física

Hacer vista

Ecuaciones sencillas explican la ubicación de objetos que parecen surgir de la nada

Los jueces de línea del fútbol, víctimas preferenciales de los insultos de los hinchas, principalmente al sancionar una posición adelantada cuando el atacante queda cara a cara con el guardameta, estarían agradecidos si la ilusión visual llamada flash-lag fuese más conocida. Este fenómeno, que podría traducirse como aquello que se ve con atraso, se manifiesta en situaciones en las cuales un objeto en movimiento es sorprendido durante su trayectoria por un segundo elemento, que surge muy cerca y de repente. En la escena que se forma da la impresión de que existe una distancia entre ambos, aunque pequeña. El que aparece de sorpresa parece estar atrás del primero, pero en realidad los dos están a la par.

Éste podría ser un argumento que para su uso por parte de los jueces de línea, como para justificar algunos de sus errores. En el campo de juego, pugnando por seguir de cerca jugadas en general muy rápidas, el auxiliar del referí detecta la presencia del último zaguero adversario recién después de mirar fijamente hacia el desplazamiento del atacante y de preocuparse con el momento del pase final. Le queda la impresión de que el atacante estaría adelantado, al frente del defensor, y levanta el banderín, marcando la posición adelantada. Pero la jugada debería haber proseguido, porque ambos jugadores estaban en la misma línea – es decir, la jugada no era irregular. “El juez de línea puede fácilmente verse traicionado por la ilusión visual”, asegura el neurofisiólogo Marcus Vinícius Chrysóstomo Baldo, graduado en física y medicina, investigador del Instituto de Ciencias Biomédicas (ICB) de la Universidad de São Paulo (USP).

Baldo y Nestor Felipe Caticha Alfonso, del Instituto de Física de la USP, partieron de algo ya sabido sobre el funcionamiento de las neuronas y crearon un modelo matemático que ayuda a explicar este atraso en la percepción de objetos. Ambos físicos aplican en situaciones en que el flash-lag aparece un abordaje matemático clásico, ya empleado para estudiar la memoria y el aprendizaje, conocido con el nombre de redes neurales artificiales. De acuerdo con este enfoque, las regiones del sistema nervioso encargadas de la visión se dividen en capas, formadas por hileras de neuronas que se comunican simultáneamente con otras neuronas de la capa siguiente, pero no solamente de manera directa: cada célula nerviosa puede interactuar con las otras también de manera divergente y convergente, usando para tanto, rutas diagonales. Ésta es la razón por la cual las informaciones tardan más tiempo para fluir por la red y, como consecuencia de ello, surge la demora para formarse la imagen del objeto que aparece de repente: he allí el flash-lag. “Hasta ahora, la mayoría de las explicaciones eran conceptuales; no existían modelos matemáticos con este realismo biológico”, dice Caticha. “Tenemos ahora un instrumento más preciso y realista, que puede probarse experimentalmente.”

El modelo que crearon incorpora explicaciones físicas y fisiológicas, y pone en lenguaje numérico a las conexiones entre neuronas, los estímulos eléctricos que permiten esa comunicación y la propia estructura de circuitos neuronales. No hay fórmulas enigmáticas, sino principalmente sumas y multiplicaciones: el detalle es que son decenas o incluso centenas de ecuaciones resueltas al mismo tiempo por un programa de computadora. Cada ecuación expresa dos variables matemáticas: la actividad eléctrica de cada neurona y la suma de las influencias que cada uno de éstas recibe de las otras con que se relaciona.

El conocimiento consolidado sobre el funcionamiento de la visión fue el punto de partida. Vemos por qué la luz, al penetrar en los ojos, estimula a las células fotosensibles ubicadas en la retina, que recubre la pared posterior interna del globo ocular y se compone de un complejo conjunto de capas neuronales. En la retina, las luces y las sombras se transforman en impulsos nerviosos, avanzando ahora hacia un segundo conjunto de circuitos neurales: el tálamo, una especie de filtro del sistema nervioso que direcciona la información hacia una tercera estación de procesamiento: la corteza cerebral. Allí transcurre el fascinante proceso de construcción de la percepción visual, que nos permite reconocer a un jugador en movimiento cerca de la valla, a una silenciosa serpiente de colores en medio de la selva o un rostro que nos es familiar en medio de una multitud. El modelo de los físicos incorpora precisamente esta arquitectura de capas que caracteriza al sistema nervioso, aunque en su estadio actual no existe un compromiso como para identificar a las capas del modelo haciendo las veces de las complejas capas de células corticales, o incluso las capas neuronales presentes en la retina.

Igual que en el teatro
Baldo compara a cada capa con una platea en un teatro, donde los lugares se numeran de acuerdo con las hileras, representadas por letras, y las columnas se identifican con números. De esta manera, una neurona ubicada en la primera capa, en el lugar A5, interactúa con socios que ocupan las butacas B4, B5 y B6 en la segunda capa, por ejemplo, que pueden, a su vez, dialogar con los compañeros de C3 a C7, ubicados en la tercera capa. Asimismo, los impulsos eléctricos que las neuronas intercambian – por medio de sinapsis, también simuladas por computadora – pueden ser de activación, que es cuando la neurona recebe una orden para hacer algo, o de inhibición, que corresponde a una orden para no hacer nada –es como si fueran signos positivos y negativos.

Si una neurona recibe señales provenientes de otras cinco neuronas, por ejemplo, tres de estas señales podrían ser de activación y dos de inhibición. Si el resultado de las señales fuera mayor que un valor previamente estipulado por el programa, la neurona receptora dispara un nuevo impulso, que se transmitirá a la capa siguiente. Si la suma fuera inferior a este valor, conocido como umbral, una propiedad fisiológica real, la neurona permanecerá inactiva, sin pasar la información adelante. Esta comunicación, basada en convergencias y divergencias, sumada al tiempo que lleva para completarse, explica el fenómeno conocido como flash-lag.

Baldo y Caticha creen que el modelo aplicado al flash-lag podrá ayudar en la comprensión de otras ilusiones visuales, como el efecto Fröhlich, cuando un objeto en movimiento aparece por detrás de otro, estático, e impide la formación de los detalles del comienzo de la trayectoria. Imagine a un jaguar surgiendo de atrás de un árbol: probablemente no será posible identificar su boca y su hocico, que despuntan primeramente detrás del árbol, y la imagen del jaguar se construirá a partir de la mitad derecha o izquierda de su cara. La mejor comprensión sobre las diferentes ilusiones visuales representa también la posibilidad de conocer en mayor detalle el funcionamiento general de la propia visión. Baldo no descarta la hipótesis de que cualquier imagen formada, incluso las así llamadas normales, que en teoría no sufrirían interferencias, pueda considerarse como una ilusión, pues jamás será la exacta representación de la realidad. “Creo que todos nosotros vemos a la misma persona o el mismo escenario con diferencias de detalles, no siempre sutiles”, dice. “La visión es siempre una lectura interpretativa del mundo y no existe una precisión absoluta.”

Imágenes con atraso
El flash-lag empezó a llamar la atención en 1958, con un artículo del físico Donald MacKay, de la Universidad de Keele, Inglaterra, publicado en Nature. En este trabajo, MacKay describía un fenómeno que permanecería durante muchos años sin explicación: cuando él zamarreaba una lámpara y la iluminaba con otra fuente de luz estroboscópica – que se enciende y se apaga a intervalos regulares, en flashes seguidos –, tenía la impresión de ver el filamento adelante, como si estuviera fuera de la lámpara. Recién en 1994 el psicólogo indio Romi Nijhawan, actualmente en la Universidad de Sussex, también en Inglaterra, brindó la primera explicación sobre este fenómeno, al afirmar que todos los objetos se ven con atraso.

Así, un coche que viene por una avenida puede estar un metro adelante cuando el cerebro logra procesar la imagen. Según Nijhawan, la evolución del cerebro humano habría desarrollado un mecanismo de eliminación automática del desfase de espacio y el retardo en la percepción de la imagen, pero solamente cuando se conoce la trayectoria. Si hubiera una sorpresa, el cerebro no sería capaz de efectuar estos ajustes – y el flash-lag se manifestará. Por eso el riesgo de ser atropellado es mayor cuando somos sorprendidos por un automóvil que parece haber surgido repentinamente en la esquina.

En 1995, Baldo y el físico estadounidense Stanley Klein, de la Universidad de California, Estados Unidos, publicaron también en Nature otro estudio sobre el flash-lag, demostrando que este tipo de ilusión visual podría ser el resultado de desvíos de la atención. La idea era sencilla: como la atención recae sobre objeto en movimiento, se demora un tiempo mayor para notar y determinar la posición de cualquier nuevo elemento que aparezca en el escenario como un flash y que llame la atención hacia sí.

Neuronas en punto muerto
Argumentos bastante similares utilizaron tres años después, en 1998, por dos grupos independientes de investigadores: uno encabezado por el profesor estadounidense de optometría Harold Bedell, actualmente en la Universidad de Houston, Estados Unidos; el otro coordinado por dos psicólogos, David Whitney, actualmente en la Universidad de Western Ontario, Canadá, y Ikuya Murakami, del NTT Communication Science Laboratories, en el Japón. Ambos equipos trabajaban con la perspectiva de tiempos diferentes de percepción de los objetos – o latencias. Afirmaban que el cerebro, ya acostumbrado con la escena previamente identificada, debía pasar por una especie de calentamiento para retomar su actividad neuronal y registrar a un nuevo objeto. Es como si las neuronas ya estuvieran en posición de descanso, en punto muerto, y gracias al estímulo repentino, se vieran obligadas a pasar nuevamente por la primera, segunda y tercera marchas hasta recuperar la velocidad normal. El modelo de ambos físicos unifica estas teorías, mostrando que las propuestas antes discrepantes, o incluso contradictorias, son, a decir verdad, facetas de un mismo fenómeno, observado desde diferentes ángulos.

Pero ahora, va un aviso. Antes de presentar el modelo matemático que crearon y que se publicará pronto en la revista Vision Research, Baldo y Caticha suelen mostrarles un ensayo a todos los que los visitan por la primera vez. Le piden al visitante que se siente adelante de una computadora conectada y etonces apagan la luz de la sala, llena de archivos y de papeles dispersos sobre la mesa. Basta con hacer un clic sobre el mouse y una pequeña barra aparece en la pantalla, moviéndose siempre en sentido horizontal, y en línea recta. Cuando llega a un punto fijo, predeterminado y señalado, un flash luminoso – una segunda barra – titila en la pantalla. La tarea consiste en decir dónde había aparecido este segundo punto. La mayoría de las veces la respuesta de este reportero fue: “Antes de la otra”. Los investigadores sonríen satisfechos, ante la nueva víctima del efecto flash-lag: a decir verdad, ambas barras estaban siempre alineadas. Las explicaciones que los dos físicos dan posteriormente aclaran por qué en muchas ocasiones somos traicionados por la visión, y permiten vislumbrar desde un punto de vista más solidario las dificultades que afrontan los jueces de línea en una cancha de fútbol, bajo la mirada de miles de hinchas.

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