Imagínese conducir un automóvil con un volante que no responde y un GPS que siempre refleja dónde estaba hace un segundo. Para mantener el rumbo, es necesario inferir constantemente cómo dirigir el volante a partir de información obsoleta.
Esta capacidad de predecir es más impresionante cuando estamos de pie porque requiere un cuerpo alto, muy alto, para estar en equilibrio sobre dos piernas pequeñas.
Desafíos de equilibrio
Los científicos saben desde hace mucho tiempo que los retrasos neuronales dificultan el control del equilibrio. Incluso en adultos jóvenes sanos, la información procedente de los pies, los músculos y el oído interno tarda aproximadamente un sexto de segundo en llegar al cerebro y la señal correctiva regresa a los músculos. Los modelos de física simples tratan el cuerpo como una masa en equilibrio alrededor de los tobillos y predicen que si el retraso es demasiado largo, ponerse de pie se vuelve imposible.
Las propiedades físicas de nuestros cuerpos moldean de manera similar la forma en que nos movemos. Así como una furgoneta grande gira más lentamente que un coche compacto, una persona grande que está de pie resiste el movimiento y siente las sacudidas o golpes repentinos con menos fuerza.
Para probar si el cerebro trata señales retardadas similares a los cambios en la mecánica corporal, un equipo de la Universidad de Columbia Británica y el Centro Médico de la Universidad Erasmus en los Países Bajos construyeron un robot de "reemplazo de cuerpo" de tamaño natural.
Un participante se encuentra en un robot de "intercambio de cuerpos" en la Universidad de Columbia Británica. (Laboratorio de Fisiología Sensoriomotora/UBC), CC BI-NC-SA
Los participantes se paran sobre dos pies con detección de fuerza y están sujetos a un marco acolchado. Los motores mueven el marco en respuesta a las fuerzas que generan, haciendo que todo el sistema se comporte como su cuerpo real balanceándose bajo la gravedad.
Lo más importante es que el robot puede cambiar la mecánica corporal simulada sobre la marcha: puede hacerte sentir más liviano o más pesado, agregar o quitar energía de tu movimiento o introducir un retraso entre tus fuerzas y el movimiento que sientes, imitando el propio retraso sensoriomotor del cerebro.
Tres experimentos
Con esta herramienta, los investigadores se preguntaron si el cerebro trata el tiempo (retraso) y el espacio (dinámica corporal) de forma independiente, en el marco de tres experimentos:
1. Los cambios en la dinámica corporal y los retrasos alteran el equilibrio de manera similar: los participantes se pusieron de pie mientras el robot insertaba un retraso de 0,2 segundos entre sus órdenes y el movimiento resultante. Esa pausa, en un abrir y cerrar de ojos, provocó una oscilación mayor y empujó a muchos participantes al borde virtual de la "caída". De manera similar, la oscilación aumentó cuando el robot hizo que el cuerpo se sintiera más liviano o agregó energía al movimiento, similar a cómo una ráfaga de viento te empuja hacia adelante.
2. Los retrasos se sienten como una mecánica corporal alterada: con el retraso desactivado, los participantes ajustaron las propiedades mecánicas de sus cuerpos hasta que su sensación coincidiera con el estado de retraso que acababan de experimentar. Eligieron un cuerpo más ligero o un entorno que añadiera energía. Cuando se les pidió que hicieran "natural" el estado de retraso, los participantes eligieron un cuerpo más pesado o un entorno que disipara la energía del movimiento. Por tanto, ajustar las propiedades mecánicas del cuerpo puede recrear o cancelar la sensación de información retrasada.
3. Mejora del equilibrio bajo retraso: los voluntarios que nunca habían experimentado el robot se pararon sobre él con un retraso de 0,2 segundos presente, combinado con un cuerpo más pesado o un cuerpo que disipaba la energía del movimiento. Su equilibrio mejoró inmediatamente: el balanceo se redujo hasta en un 80 por ciento y la mayoría de los participantes ya no alcanzaron el límite virtual de caída.
Mezclando tiempo y espacio
En conjunto, estos tres experimentos respaldan una conclusión: el cerebro no almacena soluciones separadas para la "información tardía" y el "cuerpo inestable". En cambio, mantiene un modelo interno único que fusiona el tiempo y el espacio en una única representación del movimiento.
Cuando la retroalimentación sensorial está desactualizada y el cuerpo se siente inestable, agregar peso y disipar la energía del movimiento restablece el equilibrio. Por el contrario, aligerar el cuerpo o añadir energía reproduce la inestabilidad provocada por los retrasos. En ambos casos, se utiliza una visualización unificada del equilibrio para mantenerte erguido.
Estos hallazgos son más que una curiosidad de laboratorio. A medida que envejecemos o cuando las enfermedades dañan los nervios largos, las señales viajan más lentamente y se alteran más, lo que provoca déficits de equilibrio y un mayor riesgo de caídas. Según la Organización Mundial de la Salud, aproximadamente uno de cada tres adultos mayores cae cada año, y las caídas son la principal causa de hospitalización por lesiones, lo que cuesta a los sistemas de salud miles de millones de dólares.
Los problemas de equilibrio se vuelven más comunes a medida que envejecemos y un robot de reemplazo corporal sugiere que los dispositivos de asistencia podrían ayudar. (Imágenes falsas/Unsplash)
Un robot de intercambio de cuerpos ofrece una nueva perspectiva sobre este problema: los dispositivos de asistencia y los exoesqueletos portátiles que proporcionan suficiente "resistencia útil" cuando una persona comienza a balancearse pueden contrarrestar los efectos desestabilizadores de los retrasos neuronales.
También plantean una pregunta más amplia: ¿evolucionaron los tamaños corporales de los animales y la mecánica que compensa los retrasos neuronales para mejorar su supervivencia?
La próxima vez que te inclines sobre el fregadero o hables en la puerta, recuerda que tu cerebro está haciendo malabares silenciosamente con las representaciones del tiempo y el cuerpo en el fondo. El hecho de que nunca notes este acto de equilibrio puede ser el hallazgo más sorprendente de todos.
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