12/05/2008 - En General

Estudios de neuronas en el sistema visual para la eficiencia de computadoras

Un equipo de neurocientíficos de la Universidad de Texas, en el que participa un ingeniero electrónico argentino, demostró que las poblaciones de neuronas involucradas en el sistema visual trabajan de manera eficiente en cuestión de milisegundos.

Una de las posibles aplicaciones de conocer cómo se comunican esas complejas células sería la creación de algoritmos para diseñar computadoras que puedan imitar al ojo humano.

A pesar de parecer algo simple, observar el entorno es un complejo proceso en el que las neuronas se comunican para generar imágenes en cuestión de milisegundos. El código, a través del cual esas células se envían mensajes es un gran enigma para las neurociencias. Ahora, un equipo de investigadores de la Universidad de Texas, en el que trabaja un ingeniero electrónico argentino, descubrió que las neuronas cooperan entre sí para ser más eficientes.

Los científicos Valentin Dragoi y Diego Gutnisky estudiaron la actividad eléctrica de las neuronas de la corteza primaria del cerebro de macacos (Macaca mulatta). Lograron describir, mediante algoritmos, la actividad que poblaciones de esas células realizan para procesar de manera veloz la información visual que se les presentó en un monitor de video. La investigación fue publicada en marzo pasado en la prestigiosa revista "Nature".

El estudio buscó averiguar qué sucedía en poblaciones de seis hasta diez de esas células durante un proceso llamado“adaptación breve”, que ocurre cuando un estímulo visual se presenta por un tiempo de hasta un segundo. Durante ese período de adaptación a los estímulos visuales del entorno, las neuronas disminuyen la cantidad de conexiones funcionales.

“Más allá de las conexiones físicas, las poblaciones neuronales tienden a mandar mensajes más independientes unos de otros, mejorando la eficiencia del código neuronal de un modo dinámico”, explica a la Agencia CyTA, el ingeniero argentino Diego Gutnisky quien se recibió en la Universidad de Buenos Aires (UBA). En la actualidad, con apenas veintinueve años, realiza su doctorado en el Departamento de Neurobiología y Anatomía en la citada universidad estadounidense.

Cooperación entre neuronas

El doctor Silvano Zanutto, director del Instituto de Ingeniería Biomédica (IIBM) de la Facultad de Ingeniería de la UBA, destacó que el trabajo de investigación “es muy novedoso porque logra demostrar que la exposición a un estímulo en una fracción de segundo produce cambios profundos en el grado de cooperación entre neuronas. Aunque el estudio está focalizado en el sistema visual, los mismos principios podrían estar presentes en todas las modalidades sensoriales”, destacó, refiriéndose a los demás sentidos corporales.

Para el experto, quien es docente e investigador del CONICET, es usual que las personas no se den cuenta de la complejidad del sistema visual. “Uno necesita una fracción de segundo para reconocer un objeto o una cara, pero necesita bastante más tiempo para hacer una multiplicación de dos cifras. Para una computadora es justamente lo opuesto. Las operaciones matemáticas las puede hacer en menos de un microsegundo, pero todavía no existen programas que puedan reconocer un rostro de manera tan eficiente como un humano”, dijo.

“Aunque todavía estamos lejos de poder entender cómo el sistema visual hace esos cómputos, el estudio en cuestión ha proveído de estrategias para poder medir cómo la información se distribuye en poblaciones neuronales y cómo cambian dinámicamente frente a la presentación de estímulos externos”, remarcó Zanutto.

Ojos y computadoras

¿Cómo funciona el ojo humano? Gutnisky explicó que, a grandes rasgos, el procesamiento visual comienza en la retina, donde ocurre una transformación de los fotones, que es energía lumínica, a información eléctrica. “Luego se liberan neurotransmisores, que son sustancias que ayudan a comunicar a las neuronas entre sí, y cambian los valores eléctricos de esas células”, detalló el ingeniero electrónico durante una reciente visita a la Argentina, en la cual participó del “X Taller Argentino de Neurociencias”.

Entre muchas otras posibles aplicaciones, entender cómo las neuronas son capaces de extraer información visual de manera eficiente y veloz, según Gutnisky, podría ayudar a crear algoritmos de reconocimiento visual aplicables en futuras computadoras tan eficientes como el sistema visual humano.

Las neuronas transmiten información “disparando” o no actividad eléctrica. En ese sentido, su “lenguaje” es semejante a las computadoras, que consiste en un código digital binario de ceros y unos. “Los estímulos que perciben los diferentes sentidos, como la visión, llegan al cerebro, y eso se registra en un cambio de voltaje en la actividad eléctrica de las neuronas”, explicó el entrevistado.

En los últimos años, la ciencia ha avanzado en conocer cómo las neuronas responden de manera específica a ciertos estímulos, como la intensidad lumínica, el movimiento o la orientación de una barra. “Pero hasta ahora sabemos muy poco de cómo esa información se distribuye en redes neuronales y cómo las neuronas cooperan para lograr representar de manera eficiente los estímulos sensoriales”, señaló Gutnisky.

Por eso, los neurocientíficos buscan descifrar el código mediante el cual se comunican las neuronas durante los procesos visuales. Si se llega a resolver el misterio, en el futuro las computadoras quizás podrían imitar al ser humano. Y, quien sabe, convertirse en máquinas “inteligentes”.

Agencia CyTA-Instituto Leloir. Por Laura García Oviedo