Para evitar colisiones

Investigadores de la Facultad de Ciencias Exactas y Naturales de la UBA indagan cómo las neuronas “calculan” la proximidad de un objeto. Este conocimiento podría aplicarse al diseño de dispositivos de seguridad en los automóviles.

Como la mayoría de los animales, los insectos y los cangrejos tienen la capacidad de detectar visualmente la aproximación de un predador, y también de evitar colisionar con objetos que se encuentren en su trayectoria de desplazamiento. En términos de milisegundos, sus pequeños cerebros pueden estimar la distancia y la velocidad en que se acerca un objeto y así realizar maniobras para esquivarlo. Esta rapidez de reflejo explica, por ejemplo, por qué es tan difícil atrapar una mosca.

Desentrañar los mecanismos que emplean estos animales para evitar el ataque o el choque desvela a un equipo de investigadores del Ifibyne-Conicet, en la Facultad de Ciencias Exactas y Naturales de la UBA, que ya dio con algunas claves.

“Tratamos de determinar de qué manera las neuronas, para anticipar la colisión, analizan la imagen del objeto que se acerca, es decir, queremos saber cuál es el parámetro de la imagen que analiza el cerebro para decidir y controlar la evitación”, afirma el doctor Daniel Tomsic, investigador del Conicet y de la FCEyN.

Los seres humanos realizamos estimaciones sobre la distancia de los objetos en múltiples situaciones, por ejemplo en un partido de tenis, en que cada jugador, para responder al saque del oponente, debe procesar, con una velocidad de microsegundos, la velocidad, la fuerza y la dirección de la pelota para pegarle en el momento justo y con la fuerza adecuada. “Todos estos comportamientos están guiados por el análisis que efectúa el cerebro mientras el objeto se aproxima. Por ejemplo, analiza la imagen de la pelota, que se agranda mas velozmente a medida que se acerca”, dice Tomsic.

El investigador indaga esos mecanismos en el cangrejo, y ya ha podido identificar las neuronas especializadas en detectar colisiones. Ahora el objetivo es determinar cuál es el parámetro que dispara el reflejo de evitación.

Para ello, los investigadores diseñaron un experimento que simula una situación de peligro y huida. El cangrejo, parado sobre un dispositivo que registra sus más mínimos movimientos, recibe, de la pantalla de un monitor, la imagen de un objeto que se expande y simula la aproximación veloz de un predador. Ante esa visión, el animal intenta la huida.

¿Cuál es el factor que dispara esa respuesta? Podría ser cierto tamaño del objeto, determinada velocidad de los bordes de la imagen en la retina, o la integración de ambos factores. Pero los investigadores observaron que el movimiento del animal se aceleraba en el instante en que el objeto adquiría un determinado tamaño angular.

Para confirmarlo, probaron con diferentes estímulos, con distintas formas, tamaños y velocidades de aproximación, pero siempre la respuesta de huida se disparaba cuando el objeto alcanzaba cierto tamaño.

“Con diferentes estímulos encontramos un valor constante que corresponde al tamaño angular crítico que dispara la respuesta”, dice Tomsic, y aclara: “Ello no ocurre siempre al mismo tiempo, porque las dinámicas de expansión son diferentes”.

Pero los investigadores no estudiaron sólo el comportamiento del cangrejo, sino que también quisieron determinar, mediante estudios electrofisiológicos, qué pasa en el interior del cerebro. Con la ayuda de un pequeño electrodo insertado en la neurona detectora de colisiones, pudieron ver en qué momento la neurona se activaba.

A medida que el objeto se acerca (incrementa su tamaño en forma acelerada), la neurona aumenta la frecuencia en que dispara potenciales de acción, es decir, las ondas de descarga eléctrica que emplean estas células para transmitir información a otras neuronas que activan los músculos para el escape. Los investigadores encontraron que el momento y la velocidad con que se ejecuta el escape están en directa relación con la frecuencia con que disparan estas neuronas. Éstas, detectoras de colisiones, no responden ante cualquier tipo de estímulo, como la luz o, o el movimiento tangencial de un objeto. Es decir, sólo ante un objeto que se aproxima, aumentan su actividad, y esta respuesta anticipa el inicio del escape.

¿Autos más seguros?

La enorme capacidad del pequeño cerebro de los insectos y cangrejos para procesar información espacial con alta eficiencia ha despertado el interés de los diseñadores de dispositivos robóticos. En efecto, en los últimos años, a partir del trabajo conjunto de biólogos, físicos e ingenieros, hubo un creciente desarrollo de robots a partir del conocimiento de los sistemas de detección y locomoción de animales invertebrados. Es más, algunas empresas automotrices están interesadas en aplicar estos conocimientos para fabricar autos más seguros. La idea es diseñar sensores electrónicos capaces de detectar objetos (un vehículo, un animal o una persona) que se encuentren en la línea de desplazamiento del auto, anticipar una posible colisión y, de este modo, disparar mecanismos de protección, como la activación gradual de los airbags o el ajuste de los cinturones de seguridad antes de que se produzca el choque.

“En el animal hay información muy valiosa para entender cómo, en un pequeño cerebro, se pueden realizar los cálculos que permiten anticipar y evitar de manera muy eficiente las colisiones. Cuánto de esos datos vamos a poder extraer en el mediano plazo y trasladarlos, no lo sé, pero esa información existe y está disponible, tenemos que ir por ella”, concluye Tomsic.

Fuente: Publicado en La Nación el 13/05/2008