Descifran el 'alfabeto cerebral' que permite los complejos movimientos de nuestras manos

Ahora, un nuevo estudio, fruto de la colaboración entre investigadores de la Universidad de Carnegie Mellon y la de Coimbra en Portugal, acaba de revelar que, para construir la infinita variedad de acciones que realizamos con nuestras manos, el cerebro utiliza un sencillo 'alfabeto' de movimientos básicos.

La investigación, recién publicada en 'Proceedings of the National Academy of Sciences', compara el funcionamiento del cerebro con el de un lenguaje. De modo que, igual que las palabras se construyen a partir de un número limitado de letras, todas las acciones complejas que llevamos a cabo con nuestras manos se basan en una pequeña serie de movimientos fundamentales.

El estudio, liderado por la neurocientífica Leyla Caglar, del Mount Sinai Medical Center, ha identificado una región cerebral clave en este proceso: el llamado 'giro supramarginal' (GSM), ubicado en el lóbulo parietal inferior izquierdo, un área que ya se conocía por su papel en la planificación de acciones dirigidas a objetos.

Para lograr su hallazgo, los investigadores se valieron de una técnica de modelado computacional de datos de resonancia magnética funcional (fMRI). Herramienta con la que analizaron la actividad cerebral de voluntarios que participaron en el estudio llevando a cabo diversas tareas manuales.

Los resultados mostraron sin lugar a dudas que el giro supramarginal procesa las acciones de una manera sorprendentemente sistemática. Así, y en lugar de almacenar cada acción como una entidad separada, esta región combina un conjunto limitado de patrones de movimientos coordinados de dedos, manos, muñecas y brazos, a los que los científicos han denominado 'sinergias cinemáticas'.

Un ejemplo puede ayudar a clarificar este concepto. Pensemos en la postura de la mano al utilizar unas tijeras. Es muy similar a la que adoptamos para manipular unos alicates. Es decir, que a pesar de que la función de ambos objetos es radicalmente diferente, el patrón de movimiento básico para agarrarlos y manipularlos comparte elementos comunes. Por el contrario, aunque unas tijeras y un cúter puedan servir para el mismo propósito (cortar), la postura de la mano que se requiere para cada una de esas tareas es totalmente distinta.

De esta forma, el estudio mostró que la actividad en el GSM era muy similar para los objetos que requerían posturas de la mano parecidas, independientemente de su función final. Lo cual sugiere que el cerebro agrupa las acciones basándose en la mecánica del movimiento, y no en el objetivo para el que se usan.

Esta idea, aunque no es del todo nueva en neurociencia (el concepto de sinergias motoras ya fue planteado por científicos como Nikolái Bernstein en el siglo pasado, quien observó cómo el sistema nervioso simplificaba el control de movimientos complejos), cobra una nueva dimensión con este nuevo trabajo. Caglar y su equipo, en efecto, han conseguido la primera evidencia concluyente de que el cerebro utiliza una estructura combinatoria para las acciones de la mano, con el giro supramarginal actuando como un verdadero 'centro de ensamblaje'.

En palabras de Caglar, «del mismo modo en que las regiones cerebrales que sustentan el lenguaje combinan sonidos, o fonemas, para formar palabras, el cerebro también combina sinergias cinemáticas para formar acciones complejas dirigidas a objetos». Y añade: «A partir de este conjunto cerrado de bloques de construcción básicos, el cerebro construye todo el repertorio de acciones que se pueden realizar con la mano humana».

El impacto de este hallazgo va mucho más allá de la neurociencia básica. Sus ramificaciones, de hecho podrían revolucionar campos como la robótica, las interfaces cerebro-máquina e incluso el tratamiento de ciertos trastornos neurológicos.

En el campo de la robótica, por ejemplo, comprender cómo el cerebro humano orquesta los movimientos complejos podría ser la clave para diseñar sistemas artificiales mucho más ágiles e inteligentes. Actualmente, muchos robots requieren una programación detallada y rígida para cada tarea manual. Si los ingenieros logran replicar el sistema de sinergias cinemáticas recién descubierto, podrían crear robots capaces de 'aprender' a manipular objetos de forma más natural y flexible, combinando movimientos básicos ya existentes en lugar de tener que programar cada uno de ellos desde cero para cada nueva función. Jorge Almeida, coautor del estudio, subraya esta idea: «Esto nos acerca a la creación de sistemas artificiales capaces de actuar con la agilidad, eficiencia e inteligencia comparables a las de los humanos».

Pero quizá la aplicación más emocionante se encuentre en otro campo muy diferente: el desarrollo de interfaces cerebro-máquina, tecnologías que permiten a las personas con parálisis o amputaciones controlar prótesis o dispositivos externos directamente con sus pensamientos. Si los científicos logran 'mapear' estas sinergias de la actividad neuronal, podrían construir interfaces mucho más eficientes. Las ventajas serían enormes: en lugar de tener que descifrar cada movimiento individual del dedo, la interfaz interpretaría las sinergias básicas, permitiendo a los usuarios controlar sus prótesis con una naturalidad, precisión y flexibilidad mucho mayores. Sería como pasar de componer palabras letra por letra para una imprenta manual a escribir frases completas en un ordenador. Un paso de gigante que mejorará la calidad de vida de miles de personas.

Por último, el descubrimiento también abre nuevas perspectivas en el estudio de enfermedades neurológicas como la apraxia, una condición en la que los pacientes pierden la capacidad de usar objetos correctamente a pesar de que aún pueden reconocerlos. Un paciente con apraxia ideomotora, por ejemplo, podría saber que un peine se usa para el cabello, pero sería incapaz de realizar el movimiento correcto para peinarse. Almeida sugiere que este tipo de trastornos podrían ser el resultado de un 'déficit en el ensamblaje' de los movimientos. De forma análoga a una dislexia en el lenguaje, donde la dificultad radica en combinar los sonidos para formar palabras, el daño en el giro supramarginal podría dificultar la planificación y ejecución de acciones complejas con objetos.

Con todo, puede que una de las conclusiones más importantes de la investigación sea que este sistema de 'alfabeto motor' no es algo que ya llevamos incorporado al nacer, sino que se va moldeando a lo largo de nuestra vida. Si bien todos los humanos contamos con una estructura cerebral común para el lenguaje y las acciones, nadie nace sabiendo usar un bolígrafo o una llave. El aprendizaje cultural y la experiencia son, por lo tanto, fundamentales. El cerebro, en su constante plasticidad, se adapta y organiza para integrar la información visual, táctil, motora y conceptual. Y el giro supramarginal, estratégicamente situado para recibir e integrar todos estos tipos de información, es un claro ejemplo de cómo la estructura cerebral refleja la interacción entre nuestra biología evolutiva y nuestra experiencia individual.

«Este estudio -concluye Leyla Caglar- nos acerca un paso más a la comprensión de los principios fundamentales de la organización cerebral que hacen posible el uso de herramientas por parte de los humanos». En definitiva, un 'viaje alucinante' al interior de nuestra mente, donde la complejidad de nuestras acciones más cotidianas se revela como una sinfonía perfectamente interpretada por la combinación de naturaleza y aprendizaje.