Recientemente se han desarrollado unos robots humanoides enfocados a demostrar que la jerarquía funcional en el cerebro está vinculada al tiempo, así como al espacio. Para ello los investigadores del Instituto de Ciencias RIKEN, en Japón, han creado un nuevo tipo de modelo de red neuronal que se añade a la anterior, la cual sugería que la actividad neuronal está relacionada exclusivamente a la jerarquía espacial en el cerebro animal.
El sistema motor de control animal contiene una jerarquía funcional, en virtud de la cual, las partes reutilizables de los movimientos están integrados con flexibilidad para crear diferentes secuencias de acción. Por ejemplo, la acción de beber una taza de café se puede desglosar en una combinación de pequeños movimientos, incluidas las posibles propuestas de resolución para alcanzar la taza, agarrarla, y llevarla a la boca.
Algunos estudios han sugerido que esta jerarquía funcional, son los resultados de una explícita estructura jerárquica espacial, sin embargo esto no se ha visto en estudios anatómicos del cerebro. Los mecanismos neuronales para la jerarquía funcional, por lo tanto, aún no se han determinado definitivamente.
La comentada jerarquía funcional, se define en términos generales como el principio por el que las entidades complejas pueden ser segmentadas en elementos más sencillos y simples pudiendo ser integrados nuevamente en una entidad compleja, siendo una característica ubicua de procesamiento de la información en los sistemas neuronales biológicos. Por ejemplo, en las zonas sensoriales primarias, el campo receptivo de las neuronas es relativamente pequeño, estas neuronas dan respuesta a las características del estímulo que son más simples que las respuestas por el aumento de las áreas asociativas. Determinar la forma funcional de como estas jerarquías se aplican en los sistemas neuronales es un reto fundamental de la neurociencia.
El sistema motor de control en los humanos es un ejemplo representativo de un sistema con jerarquía funcional. Los seres humanos adquieren una serie de comportamientos calificados a través de la experiencia de llevar a cabo repetidamente los mismos movimientos. Ciertos componentes de estos movimientos, a través de experiencias repetitivas, están segmentados en elementos reutilizables a que se refieren como “primitivas”. En la adaptación a diversas situaciones, las series motoras son primitivas, a su vez, también son integradas en diversos comportamientos secuenciales. La idea básica de este proceso fue propuesto por Arbib en términos de “esquema de la teoría”, y desde entonces ha sido utilizado como la base para numerosos estudios.
En esta investigación, los ingenieros Yuichi Yamashita y Jun Tani demuestran que, incluso sin explícita estructura jerárquica espacial, la jerarquía funcional puede auto-organizarse a través de múltiples plazos en la actividad neuronal. Su modelo fue demostrado viable en el ensayo con el cuerpo físico de un robot humanoide.
Los resultados sugieren que no es sólo el espacio el que interviene en las conexiones entre las neuronas, sino también los plazos de la actividad neural, que actúan como mecanismos importantes en los sistemas neuronales. Todos los detalles de esta investigación se publicarán el día 7 de noviembre en la revista “Computational Biology”.
Datos de investigación provenientes de la Public Library of Science.
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