Nuevos conocimientos sobre la neurociencia de la elección consciente

Nancy Smith participa en experimentos de neurociencia para tocar un piano digital mediante una interfaz cerebro-ordenador. Crédito: Cortesía de T. Aflalo

Ednewsdesk, 7 de abril de 2022

Un nuevo estudio del laboratorio de Richard Andersen, profesor de neurociencia James G. Boswell, y presidente de liderazgo y director del Centro de interfaz cerebro-máquina T&C Chen, brinda nuevos conocimientos sobre cómo el cerebro codifica nuestras elecciones sobre el movimiento. La investigación indica que la actividad cerebral de elecciones abstractas de alto nivel (como el deseo de consumir más café) se conecta con las acciones reales (como extender la mano) incluso antes de que se tome conciencia de tales elecciones para moverse.

“La implementación de las interfaces cerebro-máquina actuales que leen la intención de los pacientes supone que simultáneamente son conscientes de la intención que se decodifica de sus cerebros”, dice Andersen. "Tener en cuenta esta actividad subconsciente temprana es fundamental al diseñar algoritmos para interfaces cerebro-computadora que algún día podrían permitir que las personas con daño cerebral o espinal recuperen la función".

La investigación se describe en un artículo que aparece en la revista Current Biology el 6 de abril. El autor principal del estudio es Tyson Aflalo, director científico del T&C BMI Center.

“Cuando extiendes la mano y tomas una taza de café, hay todos estos cálculos en tu cerebro que están programando el perfil espaciotemporal exacto de las activaciones musculares que te permiten guiar tu mano, pero por lo general no eres consciente de eso en ese momento. todo”, dice Aflalo. “Todo eso está sucediendo bajo el capó. Lo que estamos viendo aquí son los comportamientos neuronales subconscientes que conectan nuestros objetivos de alto nivel, como "Quiero tomar café", con los movimientos y acciones que lo logran. Estamos estudiando los mecanismos 'automáticos' que conectan nuestras decisiones de lo que queremos hacer con la ejecución real”.

Durante décadas, el laboratorio de Andersen ha estudiado cómo el cerebro codifica varias funciones, como el movimiento y el habla, con el objetivo final de construir las llamadas interfaces cerebro-máquina (BMI, por sus siglas en inglés) que pueden decodificar la actividad cerebral de una persona para controlar maquinaria como prótesis y computadoras.

En 2015, Aflalo y su equipo estaban trabajando con una participante del estudio, Nancy Smith. Antes del accidente que provocó su tetraplejia, Smith tocaba el piano. El equipo construyó un BMI que conectó parte de su cerebro a una interfaz de piano virtual, para que ella pudiera tocar el piano pensando, lo que permitió al equipo estudiar cómo el cerebro codifica los movimientos de los dedos individuales previstos. La interfaz funcionó y le permitió a Smith controlar el teclado, pero un día les comentó a los investigadores que a veces parecía que el piano se tocaba automáticamente antes de que ella fuera consciente de que tenía la intención de presionar una tecla.

“Varios estudios han demostrado que la actividad cerebral indica lo que una persona elegirá, antes de que sea consciente de la elección”, dice Aflalo. “Es un hallazgo provocativo porque tiene implicaciones sobre cómo pensamos sobre el 'libre albedrío'. Si tu actividad cerebral precede a tu conciencia de una elección que ya se ha hecho, entonces ¿tienes libre albedrío?

Para examinar este fenómeno de elección subconsciente, el equipo trabajó con Smith para medir su actividad cerebral mientras tomaba decisiones sobre el movimiento. Se centraron en registrar la actividad en una región del cerebro llamada corteza parietal posterior (PPC), que se ha demostrado que codifica las intenciones de una persona, como la intención de alcanzar y agarrar una taza de café.

Para el experimento, se le indicó a Smith que pensara en mover partes particulares del cuerpo de maneras específicas; se le puede pedir que se encoja de hombros, por ejemplo, o que intente apretarle la mano. Antes de que se realizara un ensayo, Smith elegiría si participaría o no sin decirles a los investigadores su decisión. Si ella decidía participar en una tarea determinada, entonces ejecutaría espontáneamente un movimiento cuando sintiera la necesidad mientras miraba un reloj para marcar el tiempo en que era consciente de la elección de moverse realmente.

El equipo midió la actividad cerebral de Smith en la PPC antes y durante los ensayos individuales y descubrió que la actividad de la PPC rastreaba mejor el momento de su elección inicial de participar que el momento de su conciencia de su elección consciente de moverse. La actividad de la PPC solo se activó durante las pruebas en las que eligió participar antes del comienzo de la tarea. En otras palabras, cuando Smith determinaba que finalmente iba a hacer un movimiento en el futuro, su cerebro comenzaba una especie de preparación antes de que conscientemente decidiera moverse. Sin embargo, si optaba por no participar en la tarea, su actividad cerebral permanecía tranquila durante toda la tarea.

“Descubrimos que las señales de planificación en el lugar del implante no estaban directamente relacionadas con su percepción consciente de los movimientos previstos”, explica Aflalo. “Sin embargo, las señales de planificación solo se activaron cuando ella eligió explícitamente realizar una prueba determinada. Lo que esto nos dijo fue que estas señales no estaban haciendo la elección de Nancy, sino que eran parte del mecanismo que ayudó a garantizar que se llevara a cabo la elección de Nancy. Desde la perspectiva de la interfaz cerebro-computadora, es interesante pensar en cómo se pueden usar estos diferentes tipos de señales. Pudimos diseñar algoritmos de decodificación que aseguraron movimientos decodificados alineados con la conciencia de Nancy de su elección de actuar. En el futuro, sería interesante ver si la decodificación de señales subconscientes podría beneficiar a los usuarios, por ejemplo, al reducir la carga cognitiva".

Finalmente, el equipo tuvo como objetivo determinar qué parte del cerebro explica la conciencia de las elecciones de movimiento que se procesan en el PPC. Mientras grababa desde una subdivisión del PPC llamada lóbulo parietal superior, el equipo estimuló eléctricamente la otra subdivisión del PPC, el lóbulo parietal inferior, que produce la "urgencia" de moverse.

Andersen dice: “En estudios recientes de IMC en la circunvolución supramarginal del lóbulo parietal inferior, hemos decodificado aún más funciones cognitivas, como el habla. Puede ser el lóbulo inferior del PPC el que observa la actividad de movimiento prevista en el lóbulo superior, y luego genera la conciencia de la intención de movimiento”.

Referencia:

Aflalo et al., 2022, Current Biology 32, 1–10 May 9, 2022 ª 2022 The Authors. Published by Elsevier Inc. https://doi.org/10.1016/j.cub.2022.03.047