{"id":409185,"date":"2021-09-10T14:01:37","date_gmt":"2021-09-10T17:01:37","guid":{"rendered":"https:\/\/revistapesquisa.fapesp.br\/?p=409185"},"modified":"2021-09-10T14:02:22","modified_gmt":"2021-09-10T17:02:22","slug":"el-cerebro-estadistico","status":"publish","type":"post","link":"https:\/\/revistapesquisa.fapesp.br\/es\/el-cerebro-estadistico\/","title":{"rendered":"El cerebro estad\u00edstico"},"content":{"rendered":"
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Alexandre Affonso<\/span><\/a> Secuencia de movimientos t\u00edpica del samba, un ritmo musical de cuatro tiemposAlexandre Affonso<\/span><\/p><\/div>\n

El cerebro genera constantemente modelos del mundo que lo rodea y, con base en ellos, realiza predicciones sobre lo que est\u00e1 por ocurrir. Se trata de una capacidad esencial para la supervivencia, que se emplea, por ejemplo, cuando se escoge el momento adecuado para atravesar una calzada transitada. Tambi\u00e9n es lo que hace un r\u00edtmico cuando ingresa a una rueda de samba e inmediatamente capta el ritmo. La hip\u00f3tesis de que esta capacidad intr\u00ednseca del funcionamiento del cerebro ser\u00eda de naturaleza estad\u00edstica fue planteada por el m\u00e9dico y f\u00edsico Hermann von Helmholtz (1821-1894). En su Tratado de \u00f3ptica fisiol\u00f3gica<\/em>, de 1866, Helmholtz acu\u00f1\u00f3 la expresi\u00f3n \u201cinferencia inconsciente\u201d para designar a este modo de operar. Esta expresi\u00f3n destaca el car\u00e1cter estad\u00edstico de dicha capacidad, porque los est\u00edmulos que llegan al cerebro tienen una naturaleza intr\u00ednsecamente variable, e identificar las regularidades entre toda una gama de variabilidad es la esencia de la labor estad\u00edstica. Sin embargo, en medio de esta ingente variabilidad, la identificaci\u00f3n de regularidades no puede limitarse a reconocer si una cierta secuencia de eventos se repite de manera id\u00e9ntica en los est\u00edmulos. Esto resulta insuficiente, por ejemplo, para cruzar una calle, ya que el flujo del tr\u00e1nsito no es una repetici\u00f3n inmutable de una secuencia fija de veh\u00edculos. Para completar la acci\u00f3n con seguridad, es preciso identificar una regularidad que va m\u00e1s all\u00e1 de la variabilidad de veh\u00edculos que circulan por la calzada.<\/p>\n

Un siglo y medio despu\u00e9s de postular esta proposici\u00f3n, la conjetura de la inferencia inconsciente formulada por Helmholtz sigue siendo objeto de estudio de diversos grupos de investigaci\u00f3n en todo el mundo. En las \u00faltimas d\u00e9cadas se comprob\u00f3, por ejemplo, que el cerebro es capaz de identificar un evento inesperado en medio de la regularidad de una secuencia reiterada de eventos de una misma naturaleza. Esta discrepancia deja una firma caracter\u00edstica en la actividad el\u00e9ctrica cerebral y funciona como una marca de alerta. El reto actual en relaci\u00f3n con la hip\u00f3tesis de Helmholtz consist\u00eda en desarrollar un marco conceptual y experimental que permitiera ir m\u00e1s all\u00e1 de la identificaci\u00f3n de discrepancias en medio de las repeticiones. Con ese prop\u00f3sito, un equipo multidisciplinario coordinado por el matem\u00e1tico Antonio Galves, del Instituto de Matem\u00e1tica y Estad\u00edstica de la Universidad de S\u00e3o Paulo (USP), y por la neurobi\u00f3loga Claudia Vargas, del Instituto de Biof\u00edsica Carlos Chagas Filho de la Universidad Federal de R\u00edo de Janeiro (UFRJ), que forman parte del Centro de Investigaci\u00f3n, Innovaci\u00f3n y Difusi\u00f3n (Cepid) en Neuromatem\u00e1tica (NeuroMat), financiado por la FAPESP, propusieron un nuevo modelo matem\u00e1tico y un protocolo experimental original. El modelo y sus resultados fueron descritos en un art\u00edculo cient\u00edfico que sali\u00f3 publicado el 10 de febrero en la revista Scientific Reports<\/em>.<\/p>\n

En ese trabajo, los investigadores buscaron evidencias de que el cerebro efectivamente identifica regularidades en situaciones mucho m\u00e1s intrincadas que la mera ocurrencia de discrepancias entre repeticiones. Lo hicieron procurando desarrollar un modelo sencillo de lo que ocurre en el cerebro de un sambista que se suma a una batucada, capta inmediatamente la estructura r\u00edtmica utilizada, por m\u00e1s compleja que esta sea, y enseguida es capaz de contribuir al ritmo general.<\/p>\n

En el experimento, los voluntarios fueron expuestos a dos secuencias variables de est\u00edmulos sonoros mientras se tomaba un registro encefalogr\u00e1fico (EEG) por medio de electrodos adosados al cuero cabelludo. Estas secuencias de est\u00edmulos reproduc\u00edan de manera simplificada la estructura r\u00edtmica del samba y del vals. En el samba, a un pulso o tiempo fuerte le sigue uno d\u00e9bil, que precede a una unidad silenciosa y otro pulso d\u00e9bil. En el vals, un tiempo fuerte va acompa\u00f1ado de dos d\u00e9biles. En ambos ritmos, esta secuencia b\u00e1sica se repite regularmente.<\/p>\n

Sin embargo, cuando un r\u00edtmico ejecuta un samba o un vals, esas estructuras peri\u00f3dicas regulares pueden modificarse sustituyendo, en ocasiones, el pulso d\u00e9bil por una unidad de silencio. En un baile, estas supresiones casuales ocurren naturalmente y su imprevisibilidad hace que los ritmos sean m\u00e1s interesantes. En el experimento que llev\u00f3 a cabo el equipo del NeuroMat, las eliminaciones aleatorias se introdujeron con un prop\u00f3sito cient\u00edfico: hallar evidencias de que el cerebro de los voluntarios no se limitaba simplemente a \u201cmemorizar\u201d una secuencia peri\u00f3dica invariable, sino que identificaba el procedimiento que produc\u00eda la secuencia. Con el objetivo de comprobar cu\u00e1l de los dos fen\u00f3menos estaba produci\u00e9ndose, los cient\u00edficos expusieron a cada voluntario a interpretaciones del samba y del vals con diferentes supresiones de los tiempos d\u00e9biles.<\/p>\n

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Alexandre Affonso<\/span><\/a> Pasos de un vals, una danza con una cadencia de tres tiemposAlexandre Affonso<\/span><\/p><\/div>\n

Los procedimientos empleados para generar las secuencias de est\u00edmulos correspondientes al samba y al vals pueden representarse como algoritmos que, en el caso de este experimento, expresaban c\u00f3mo se eleg\u00eda cada nuevo est\u00edmulo en funci\u00f3n de los anteriores. La pregunta que los investigadores quer\u00edan responder era si cab\u00eda la posibilidad de identificar los algoritmos generadores del samba y del vals en los registros del EEG.<\/p>\n

En el protocolo del experimento propuesto por el equipo del NeuroMat, se registraba un segmento del EEG cada vez que se le proporcionaba un est\u00edmulo auditivo al voluntario. El problema era descubrir el nexo entre las caracter\u00edsticas estad\u00edsticas de cada tramo del EEG y la secuencia de est\u00edmulos ofrecida hasta ese momento. En el caso del samba, a un pulso fuerte le sigue otro d\u00e9bil, siempre acompa\u00f1ado de un silencio constitutivo y de otro pulso d\u00e9bil. No obstante, cada tanto se sustitu\u00eda un pulso d\u00e9bil por un silencio ocasional. Si el est\u00edmulo hab\u00eda sido un pulso fuerte, el est\u00edmulo posterior casi siempre era un pulso d\u00e9bil, ocasionalmente reemplazado por un silencio. Seg\u00fan la hip\u00f3tesis del equipo del NeuroMat, las caracter\u00edsticas del patr\u00f3n de lectura del EEG registrado mientras el voluntario hab\u00eda sido expuesto a un pulso fuerte deber\u00edan expresar c\u00f3mo ser\u00eda generado el pr\u00f3ximo est\u00edmulo en funci\u00f3n de los presentados anteriormente.<\/p>\n

\u00bfPor qu\u00e9 se supone que las caracter\u00edsticas de cada segmento del EEG codificar\u00edan c\u00f3mo la elecci\u00f3n de cada nuevo est\u00edmulo depende de los \u00faltimos presentados? Se sab\u00eda que una supresi\u00f3n inesperada del pulso d\u00e9bil genera una marca de sorpresa. Siendo as\u00ed, en el samba, esta marca de sorpresa deber\u00eda estar presente en la se\u00f1al registrada por el EEG siempre que se produzca un silencio ocasional. Por el contrario, dicha marca no deber\u00eda aparecer en el caso de un silencio constitutivo.<\/p>\n

El estudio demuestra que ese efecto va m\u00e1s all\u00e1 de la simple marca de sorpresa. Lo que est\u00e1 en juego es c\u00f3mo, en cada paso, los est\u00edmulos previos determinan de qu\u00e9 manera se selecciona el pr\u00f3ximo est\u00edmulo. En efecto, luego del silencio constitutivo, casi siempre viene un pulso d\u00e9bil o, a veces, un silencio ocasional. Asimismo, el silencio ocasional que aparece tras el pulso fuerte siempre va seguido de un silencio constitutivo. Estas diferentes maneras de elegir el est\u00edmulo siguiente en funci\u00f3n de los anteriores son las que codifican la se\u00f1al del EEG. Los investigadores generalizaron este hallazgo para las caracter\u00edsticas de las se\u00f1ales del EEG asociadas a cada una de las posiciones en la secuencia de est\u00edmulos del samba y del vals y, de manera m\u00e1s amplia, para cualquier secuencia de est\u00edmulos.<\/p>\n

Un an\u00e1lisis estad\u00edstico realizado a partir de este modelo detect\u00f3 en los registros encefalogr\u00e1ficos recolectados durante la exposici\u00f3n al samba y al vals las caracter\u00edsticas de los algoritmos correspondientes a cada uno de los ritmos. Este resultado indica que, pese a la variabilidad introducida por las supresiones aleatorias, los participantes captaban lo que era com\u00fan en las diversas ejecuciones de cada ritmo al cual fueron expuestos.<\/p>\n

Como conclusi\u00f3n, dicen Galves y Vargas, \u201cun planteo derivado de la conjetura de Helmholtz condujo al desarrollo de un nuevo modelo matem\u00e1tico que, a su vez, sugiri\u00f3 el protocolo experimental utilizado. Tambi\u00e9n hubo que desarrollar una metodolog\u00eda estad\u00edstica innovadora para analizar los datos. Los resultados de este an\u00e1lisis condujeron a nuevos interrogantes neurobiol\u00f3gicos y sugirieron avances ulteriores del modelo matem\u00e1tico, gener\u00e1ndose as\u00ed un c\u00edrculo virtuoso\u201d.<\/p>\n

Proyecto<\/strong>
\nCentro de Investigaci\u00f3n, Innovaci\u00f3n y Difusi\u00f3n en Neuromatem\u00e1tica \u2013 NeuroMat (n\u00ba 13\/07699-0<\/a>); Modalidad<\/strong> Centros de Investigaci\u00f3n, Innovaci\u00f3n y Difusi\u00f3n (Cepid); Investigador responsable<\/strong> Jefferson Antonio Galves (USP); Inversi\u00f3n <\/strong>R$ 28.209.502,86<\/p>\n

Art\u00edculo cient\u00edfico<\/strong>
\nHERN\u00c1NDEZ, N. et al.<\/em> Retrieving the structure of probabilistic sequences of auditory stimuli from EEG data<\/a>. Scientific Reports<\/strong>. 10 feb. 2021.<\/p>\n","protected":false},"excerpt":{"rendered":"Un experimento con secuencias estructuradas de sonidos y silencios corrobora la conjetura cl\u00e1sica que sostiene que este \u00f3rgano utiliza modelos probabil\u00edsticos para anticiparse a los acontecimientos","protected":false},"author":476,"featured_media":0,"comment_status":"closed","ping_status":"closed","sticky":false,"template":"","format":"standard","meta":{"_acf_changed":false,"_exactmetrics_skip_tracking":false,"_exactmetrics_sitenote_active":false,"_exactmetrics_sitenote_note":"","_exactmetrics_sitenote_category":0,"footnotes":""},"categories":[181],"tags":[1169,319],"coauthors":[786],"class_list":["post-409185","post","type-post","status-publish","format-standard","hentry","category-ciencia-es","tag-matematica-es","tag-neurociencia-es"],"acf":[],"_links":{"self":[{"href":"https:\/\/revistapesquisa.fapesp.br\/es\/wp-json\/wp\/v2\/posts\/409185","targetHints":{"allow":["GET"]}}],"collection":[{"href":"https:\/\/revistapesquisa.fapesp.br\/es\/wp-json\/wp\/v2\/posts"}],"about":[{"href":"https:\/\/revistapesquisa.fapesp.br\/es\/wp-json\/wp\/v2\/types\/post"}],"author":[{"embeddable":true,"href":"https:\/\/revistapesquisa.fapesp.br\/es\/wp-json\/wp\/v2\/users\/476"}],"replies":[{"embeddable":true,"href":"https:\/\/revistapesquisa.fapesp.br\/es\/wp-json\/wp\/v2\/comments?post=409185"}],"version-history":[{"count":2,"href":"https:\/\/revistapesquisa.fapesp.br\/es\/wp-json\/wp\/v2\/posts\/409185\/revisions"}],"predecessor-version":[{"id":409271,"href":"https:\/\/revistapesquisa.fapesp.br\/es\/wp-json\/wp\/v2\/posts\/409185\/revisions\/409271"}],"wp:attachment":[{"href":"https:\/\/revistapesquisa.fapesp.br\/es\/wp-json\/wp\/v2\/media?parent=409185"}],"wp:term":[{"taxonomy":"category","embeddable":true,"href":"https:\/\/revistapesquisa.fapesp.br\/es\/wp-json\/wp\/v2\/categories?post=409185"},{"taxonomy":"post_tag","embeddable":true,"href":"https:\/\/revistapesquisa.fapesp.br\/es\/wp-json\/wp\/v2\/tags?post=409185"},{"taxonomy":"author","embeddable":true,"href":"https:\/\/revistapesquisa.fapesp.br\/es\/wp-json\/wp\/v2\/coauthors?post=409185"}],"curies":[{"name":"wp","href":"https:\/\/api.w.org\/{rel}","templated":true}]}}