Nuestras manos son increíblemente sensibles a la textura. Incluso con los ojos cerrados, pueden distinguir fácilmente entre el grosor fino o grueso del papel de lija, la seda resbaladiza del algodón suave, y la madera cepillada del plástico liso. ¿Cómo nos permiten nuestros cerebros experimentar este rico mundo de texturas?

Sliman Bensmaia, profesor asociado de la Universidad de Chicago, es uno de los pocos neurocientíficos que investiga el sentido del tacto. Son pocos por una razón, dice Bensmaia: “Solo los neurocientíficos que se odian a sí mismos van a estudiar el sentido del tacto. Si estudias visión, compras un bonito monitor. Si estudias audición, compras excelentes altavoces. Pero cuando estudias el tacto, no existe tal cosa. Tienes que construir un dispositivo específicamente para tu pregunta de investigación”.

Para estudiar la textura, Bensmaia y sus colegas construyeron un dispositivo que consiste en un tambor giratorio cubierto de tiras de texturas gruesas y finas, como papel de lija de diferentes calidades, varias telas y plásticos con diseños. Este tambor recorre las texturas a través de los dedos de los macacos Rhesus, monos cuyo sistema somatosensorial es similar al de los humanos.

Aparato experimental y respuestas de textura de muestra. (A) Las texturas se presentaron pasivamente en las yemas de los dedos distales de los monos macacos despiertos. (B) El estimulador de tambor giratorio, en el que se montaron las 59 texturas, permite escanear una superficie a través de la punta del dedo a una velocidad precisa y repetible, y una profundidad de indentación en la piel. (C) Muestra de respuestas de cinco neuronas cada una en las áreas 3b, 1 y 2 a cinco repeticiones de ocho superficies texturizadas (imagen cortesía de Justin D. Liebera y Sliman J. Bensmaia).

Sentir: un poco como ver, un poco como escuchar 

En 2013, Bensmaia y su laboratorio  utilizaron este dispositivo para ayudar a decodificar cómo los nervios en las manos de los macacos transmiten información sobre la textura. El equipo registró cómo los nervios aferentes, que se extienden desde la punta de los dedos hasta el tallo cerebral, respondieron mientras los macacos tocaban diferentes texturas. Lo que encontraron fue sorprendente. Cuando los macacos sienten texturas gruesas, como los patrones de puntos tipo escritura Braille, el patrón espacial de los puntos se refleja en el patrón espacial de la actividad nerviosa. Esta llamada representación isomórfica es similar a lo que ocurre en la visión: cuando vemos un patrón espacial de puntos, este patrón se representa como el patrón espacial de activación en el nervio.

Esta codificación de estilo espacial ya se conocía a partir de estudios de puntos Braille y crestas elevadas. Pero no fue toda la historia. “Se sabe que los sensores en nuestra piel están, generosamente hablando, a aproximadamente medio milímetro de distancia. Si sus sensores estuvieran separados por medio milímetro y usted confiara en un patrón espacial de activación, entonces no sería muy bueno en la percepción táctil: solo podría distinguir cosas mayores a medio milímetro. Pero los humanos tienen una textura de sensación realmente sorprendente, podemos percibir elementos de decenas de nanómetros en tamaño”. Entonces, ¿cómo se logra esta asombrosa capacidad de sentir pequeñas cosas?

Para averiguarlo, el laboratorio de Bensmaia probó la respuesta neuronal a texturas finas, como el nylon o el satén. Aquí, los nervios codifican texturas en un patrón temporal de activación. “Es en el momento de la respuesta que se transmite la información sobre las texturas finas. “Con texturas finas, como satén, seda o papel de lija, cada textura envía un tipo diferente de código Morse al cerebro”, dice Bensmaia. Esto es similar a la forma en que escuchamos, donde la información también se transmite en el tiempo, no en el espacio.

La razón por la que podemos sentir pequeñas texturas es porque instintivamente pasamos las manos por las superficies. “Las vibraciones se producen en la piel y esas vibraciones dependen de las texturas que estés explorando. “Las neuronas sensibles a la vibración en la mano, las PC aferentes, recogen las vibraciones y envían estos patrones temporales al cerebro”, dice.

Darle sentido a todo 

Entonces, si los nervios de nuestras manos envían información a nuestro cerebro sobre la textura de dos maneras diferentes: como patrón espacial para rasgos gruesos y como patrón temporal para rasgos finos, ¿cómo combina el cerebro estos dos flujos de información en una sensación de  “textura”? ¿Por qué, en lugar de sentir que algo está “bien” o “grueso”, obtenemos un sentido holístico de la textura, como expresa Bensmaia?

En una nueva investigación publicada este año en PNAS, dirigida por el postdoc Justin Lieber en el laboratorio de Bensmaia, los investigadores registraron la respuesta de los macacos a aún más texturas. Esta vez, registraron la respuesta directamente del cerebro, utilizando electrodos implantados en la corteza somatosensorial de tres monos.

Estos datos mostraron cuán compleja es la respuesta neuronal a la textura. Los investigadores no encontraron “neuronas de seda” o “neuronas de satén” que responden solo cuando los monos tocan la seda versus el satén. En cambio, todas las neuronas responden en cierto grado a todas o la mayoría de las texturas.

“Todas las neuronas son neuronas de seda; todas las neuronas son neuronas satinadas. Todas las neuronas responden a todas las texturas, simplemente lo hacen de muchas maneras diferentes y en varios grados diferentes”, dice Bensmaia. Es la combinación de qué neuronas están activas cuando tocan el papel de lija versus cuando tocan seda lo que nos permite (o, en este caso, a los macacos) distinguirlos. “La textura es un espacio complejo. Hay todo tipo de palabras para describir la textura: difusa, peluda, vítrea, aterciopelada, etcétera. Eso se refleja en una representación neural muy compleja”, dice Bensmaia.

Esther Gardner, profesora del departamento de neurociencia y fisiología de la Universidad de Nueva York, experta en investigación táctil que no participó en el estudio, está de acuerdo. “Esto es muy interesante desde el punto de vista de que no es una neurona cortical lo que es sensible a la mezclilla, en comparación con una que es sensible a la pana y otra sensible a Harris Tweed. En cambio, las neuronas corticales actúan como una orquesta sinfónica. Es todo el conjunto de patrones de disparo juntos que ayudan a diferenciar entre texturas. Esto se demuestra muy claramente en el documento”.

Las muchas dimensiones de la textura

Nuestra percepción del color se describe a veces en términos de tres dimensiones: tono, saturación y brillo. “Si el color tiene tres dimensiones, ¿cuántas dimensiones tiene la textura?”, pregunta Bensmaia. Para separar las dimensiones de la textura, el grupo utilizó métodos estadísticos como el análisis de componentes principales  para analizar la sinfonía neural. Encontraron que la textura tiene al menos veinte dimensiones. Una dimensión predice qué tan áspera será una textura. Otra dimensión es la escala espacial, un continuo de grueso a fino, con algunas neuronas que responden preferentemente a las texturas gruesas, mientras que otras responden más a las texturas finas. “Lo que significa esta alta representación dimensional es que necesitamos usar un gran número de neuronas para distinguir la gasa, el denim y la toalla”, dice Gardner.

Lieber y Bensmaia registraron respuestas a 59 texturas, y Bensmaia dice que basándose en la respuesta neuronal, él sabe qué textura está sintiendo el mono: “Puedo decirte qué textura es, pero también puedo predecir cómo se va a sentir la textura. Por ejemplo, puedo decirte qué tan áspera se siente una textura, en función de dónde cae a lo largo de este continuo. Si me das dos texturas, puedo ver cuán separadas están en este espacio neuronal. Esto predice qué tan diferentes se sienten”.

Más trabajo para neuroprotésicos

Bensmaia también trabaja en el campo de la neuroprótesis, construyendo prótesis robóticas que se controlan mediante la implantación de conjuntos de electrodos en la corteza somatosensorial. Uno de los objetivos es restaurar el sentido del tacto a través de la estimulación del cerebro. Sus nuevos hallazgos harán que ese proyecto sea más difícil de lo que esperaba.

“La representación de la textura que encontramos no es ciertamente del tipo que se puede restaurar mediante la estimulación eléctrica del cerebro. La estimulación eléctrica se basa muy fuertemente en un principio limpio. Sería genial para los neuroprotésicos si pudiéramos colocar electrodos, y cuando tocas la seda, estimulamos las neuronas de la seda. Cuando tocas el satén, estimulamos las neuronas del satén. Pero es lo opuesto a eso, todas las neuronas responden a todas las texturas. Por lo tanto, no hay una forma clara de reproducir la textura dado el estado actual de la tecnología”.

Fuente: un artículo de Sophie Fessl, Ph.D., para Dana Foundation

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