Cómo responde el cerebro a la textura

Una nueva investigación realizada por neurocientíficos muestra que a medida que las neuronas procesan información sobre la textura de la piel, cada una responde de manera diferente a varias características de una superficie, creando una representación de textura de alta dimensión en el cerebro.

Nuestras manos y yemas de los dedos son increíblemente sensibles a la textura. Podemos distinguir fácilmente el papel de lija grueso del vidrio liso, pero también detectamos diferencias más sutiles en una amplia gama de texturas, como el liso brillo de la seda o el suave acabado del algodón.

La información sobre la textura se transmite desde sensores en la piel y a través de los nervios a la corteza somatosensorial, la parte del cerebro responsable de interpretar el sentido del tacto. Una nueva investigación realizada por neurocientíficos en la Universidad de Chicago muestra que a medida que las neuronas en esta parte del cerebro procesan esta información, cada una responde de manera diferente a varias características de una superficie, creando una representación de textura en el cerebro de alta dimensión.

"Los objetos pueden tener texturas que podemos describir en términos simples como ásperos o blandos o duros, pero también pueden ser aterciopelados o algodonosos o peludos", dijo Sliman Bensmaia, profesor asociado de biología y anatomía del organismo en UChicago y autor principal del estudio. "La variedad de diferentes adjetivos que puedes usar para describir la textura simplemente resalta que es un rico espacio sensorial. Por lo tanto, tiene sentido que necesites tener un rico espacio neuronal en el cerebro para interpretarlo".

El estudio fue publicado en las Actas de la Academia Nacional de Ciencias (PNAS). Bensmaia es un experto líder en cómo el cerebro y el sistema nervioso interpretan el sentido del tacto, incluida la textura. En un estudio de PNAS realizado en 2013, su laboratorio mostró cómo los diferentes tipos de fibras nerviosas responden a diferentes aspectos de la textura. Algunos nervios responden principalmente a elementos espaciales de texturas gruesas, como las protuberancias elevadas de una letra Braille que crean un patrón cuando se presionan contra la piel. Otros responden a las vibraciones creadas cuando la piel roza texturas finas, como telas, que representan la gran mayoría de las texturas que encontramos en el mundo real.

En ese estudio, Bensmaia y sus colegas utilizaron un tambor giratorio cubierto con tiras de diversas texturas gruesas y finas, como papel de lija, telas y plásticos. El tambor pasó las texturas a través de las yemas de los dedos de los monos macacos Rhesus, cuyo sistema somatosensorial es similar al de los humanos, mientras que los investigadores registraron las respuestas en el nervio.

Para el nuevo estudio, dirigido por el investigador postdoctoral Justin Lieber,  los investigadores registraron las respuestas correspondientes a las mismas texturas directamente del cerebro, utilizando electrodos implantados en la corteza somatosensorial de los monos.

Los nuevos datos muestran que las neuronas responden de manera altamente idiosincrásica a diferentes aspectos de la textura. Algunas neuronas responden a rasgos toscos de una textura. Otros responden a características finas, ciertos patrones de sangrado en la piel o cualquier cantidad de combinaciones intermedias. Bensmaia y Lieber identificaron al menos 20 patrones diferentes de respuesta.

"Algunos de ellos se mapean en cosas que entendemos, como la rugosidad o el patrón espacial de una textura, pero luego se convierten en combinaciones de vibración de la piel junto con patrones de deformación de la piel, cosas que son abstractas y un poco más difíciles de describir", dijo Bensmaia.

Pero estas características de textura más abstractas son las que pueden hacer la diferencia al poder distinguir entre sábanas con diferentes conteos de hilos. Los investigadores registraron respuestas a 55 texturas diferentes y Bensmaia dice que puede decir cuál se usó solo al observar el patrón de actividad que generó en el cerebro.

"El terciopelo va a excitar a una subpoblación de neuronas más que a otra, y el papel de lija va a excitar a otra población superpuesta. Entonces, es esta variedad en la respuesta la que permite la riqueza de la sensación", dijo.

Bensmaia y Nicho Hatsopoulos, profesor de biología y anatomía del organismo que estudia cómo el cerebro dirige el movimiento en las extremidades, también ha sido pionero en la investigación para construir extremidades protésicas robóticas controladas por el cerebro. Estos dispositivos funcionan mediante la implantación de matrices de electrodos en la corteza somatosensorial y áreas del cerebro que controlan el movimiento.

Los electrodos detectan actividad en las neuronas cuando el paciente piensa en mover su propio brazo para dirigir el brazo robótico para que se mueva en consecuencia. La mano protésica está equipada con sensores para detectar sensaciones del tacto, como presionar las yemas de los dedos, que a su vez generan señales eléctricas que estimulan las áreas apropiadas del cerebro.

Teóricamente, las mismas técnicas podrían recrear sensaciones de textura a través de una neuroprótesis, pero Bensmaia señala que el nuevo estudio muestra por qué esta podría ser una tarea desafiante. Las neuronas que corresponden a cada punta de los dedos están ubicadas en áreas claramente definidas de la corteza somatosensorial, por lo que es más fácil estimular el punto apropiado para un toque dado, pero las neuronas de la corteza somatosensorial responden a las entradas de textura y se mezclan. No hay una región definida de neuronas que respondan al papel de lija o al teclado de plástico de una computadora portátil, por ejemplo.

"Va a ser bastante difícil poder crear sensaciones texturales a través de la estimulación eléctrica, porque no tienes estos grupos monolíticos de neuronas trabajando juntas", dijo.

El estudio "Representación de textura tridimensional en la corteza somatosensorial de los primates" fue apoyado por el Instituto Nacional de Trastornos Neurológicos y Accidentes Cerebrovasculares.   @mundiario