Tiempo y cerebro: cómo nuestra percepción nos hace viajar en el tiempo ⏳

Por Laurent Perrinet, investigador del CNRS en Neurociencias Computacionales, Universidad de Aix-Marsella (AMU)

Cuando observamos un reloj de arena, cuando fijamos nuestra mirada en los granos de arena que caen, sentimos que el tiempo transcurre de manera continua. Creemos que ha sido así desde el nacimiento del mundo, y que nada puede contradecir esta verdad universal.


Sin embargo, nuestras percepciones sensoriales y las neuronas que las originan tienen una forma completamente diferente de marcar el tiempo. Una manera subjetiva y sensorial, en el sentido más literal de la palabra.

El ejemplo de la visión

Para ilustrar mejor este "tiempo de los sentidos", tomaré el ejemplo de la visión. Funciona de manera inmediata y sin esfuerzo, con un aprendizaje rápido, eficiente, automático. ¡No necesitamos un manual de instrucciones para aprender a ver! Pero en realidad, el sistema visual enfrenta muchas dificultades para alcanzar esta eficiencia. Dificultades perceptibles cuando trabajamos en un sistema de visión artificial, por ejemplo, para hacer más inteligente un teléfono móvil o autónomos los coches del futuro.

Tomemos, por ejemplo, la ilusión llamada retardo del destello. Observa esta escena: el punto rojo se desplaza por la pantalla y luego verás aparecer un destello verde cuando el punto rojo esté alineado verticalmente con el punto verde.



La mayoría de vosotros verá que la posición del punto rojo parece desplazada hacia la derecha respecto al destello, en la dirección de su trayectoria. Observa de nuevo: de manera similar, el destello se percibe retrasado en relación con el punto en movimiento. Sin embargo, si se mira el video a cámara lenta, se puede observar que la realidad física es diferente. Este dispositivo tan simple muestra, por lo tanto, que en lugar de estar sincronizados, los objetos visuales pueden ser percibidos en momentos subjetivos diferentes y "viajar" en el tiempo de nuestros sentidos.

Lo más sorprendente es que esta ilusión es universal, de alguna manera está arraigada en nuestros sentidos. Entonces, ¿de dónde viene este "tiempo de los sentidos"? ¿Tiene la misma forma lineal y continua que habitualmente atribuimos al tiempo? ¿Y en qué su definición nos arroja luz sobre los misterios del cerebro?

El cerebro, un interior oscuro

Algunos imaginan la visión como la producción de una "pantalla luminosa interna". Pero en realidad, aparte de la luz que llega a la retina, la prolongación de nuestro cerebro que recubre el fondo del ojo, no hay luz alguna dentro del cerebro. Oscuridad total. Encajado firmemente dentro del espacio hermético del cráneo, el cerebro está protegido de cualquier contacto directo con el mundo externo. En su interior, existen unos 10 mil millones de neuronas que forman redes extensas, organizadas en múltiples escalas, desde simples poblaciones de neuronas hasta la red de zonas cerebrales.

Sabemos que toda la información circula a través de mensajes electroquímicos distribuidos a lo largo de las membranas de las células nerviosas. Mensajes compartidos constantemente de neurona a neurona dentro de cada red, gracias a numerosas sinapsis. Y son estos mensajes, y solo éstos, los que te crean en este preciso momento el acceso simultáneo a tus sentidos, pensamientos y acciones. Queda por descubrir cómo se organiza esta red en el tiempo, y cómo los flujos de información se coordinan y sincronizan.


En la escala temporal de la percepción, no existe en el cerebro un reloj central que proporcione un latido sincrónico a las diferentes partes, al estilo de un director de orquesta. Otra prueba más de que el cerebro no es comparable a una computadora. Por lo tanto, hay que admitirlo: al igual que en un grupo de jazz que improvisa sobre un mismo tema, esta capacidad reside dentro del mismo cerebro y surge de interacciones distribuidas y autoorganizadas. Pero, ¿cuáles son los procesos en juego?

Inevitables retrasos en la transmisión

Volvamos a la anatomía del sistema visual. La fisiología de las células nerviosas hace que la velocidad de transmisión de la información en nuestro cerebro varíe en las diferentes vías de transmisión para llegar como mucho a los 100 km/h en las más rápidas.

Debido al volumen de la caja craneal, resulta inevitable que haya retrasos en la transmisión: por ejemplo, una imagen que ilumina la retina excita el córtex visual primario solo aproximadamente 50 milisegundos después. Allí, la información visual se transforma y se distribuye a otras áreas cerebrales, lo que toma unos 50 milisegundos adicionales. Finalmente, la información transmitida puede generar una actividad muscular y, por ejemplo, inducir un movimiento de sacudida ocular después de un tiempo total de unos 150 milisegundos.


Intentemos visualizar estos retrasos de propagación con una tarea simple. Sostienes una pelota en la mano derecha y la ves caer en la mano izquierda a lo largo de 10 cm: su caída toma aproximadamente 150 milisegundos. Sabiendo que la imagen está retrasada entre 50 y 100 milisegundos en tu córtex visual, esto significa que cuando la mano izquierda recibe la pelota, ¡la imagen de esta pelota que llega al córtex visual todavía está en la mitad de su trayectoria!


En otras palabras, al igual que las estrellas cuya luz nos llega solo después de un viaje de varios años, es una imagen pasada de la pelota la que llega a nuestro córtex visual. Para el cerebro, esto es un verdadero problema. Porque dado el retraso entre la decisión y la acción, y para poder cerrar la mano en el momento justo alrededor de la pelota, la decisión debe tomarse de antemano. La acción futura, tal como se forma en el presente, debe construirse a partir del pasado... Complicado, ¿verdad?

Un rompecabezas temporal

Nos enfrentamos aquí a un verdadero rompecabezas temporal. Por un lado, el tiempo absoluto y externo es inaccesible para las neuronas involucradas en la captura de la pelota, excepto para los neuronas sensoriales. Por otro lado, el tiempo subjetivo e interno está supeditado al buen funcionamiento del cerebro y a la sincronización de la información pasada, presente y futura. Este problema científico parece demasiado complejo para ser resuelto...

Tomemos perspectiva: en general, los sistemas físicos se transforman intercambiando energía y materia con su entorno. Ahora bien, en cualquier sistema, según el segundo principio de la termodinámica, el desorden medido por la entropía debe aumentar. Es por eso que existe una asimetría en el flujo del tiempo, es decir, una flecha del tiempo. Como resultado, si filmamos una partida de billar, encontraremos extraña esta secuencia si se proyecta en sentido inverso. Sin embargo, entre todos los sistemas físicos, hay una clase que ha adquirido la capacidad de "remontar" esta flecha del tiempo: lo vivo.


En comparación con las bolas de billar, y más ampliamente con los sistemas pasivos, lo vivo corresponde a sistemas cuya organización les permite mantener su estructura el mayor tiempo posible. Un sistema de este tipo es capaz, por lo tanto, de oponerse al flujo constante de incertidumbres impuesto por la flecha del tiempo, interactuando con su entorno a través de diversos procesos. Oponiéndose al azar, estos procesos se denominan predictivos. Y en teoría, pueden superponerse e interactuar en diferentes escalas espaciales y temporales: selección natural para una especie, aprendizaje para un individuo o simple predicción, como en el caso que nos ocupa.


Volvamos a nuestra ilusión visual. La hemos explicado mediante los retrasos en la transmisión de información, del orden de 50 a 100 milisegundos, que operan en el sistema visual. El sistema perceptivo haría, entonces, lo mejor posible para compensar este retraso sistemático y predecir la trayectoria de los elementos visibles. Y la imagen de un punto en movimiento sería así proyectada hacia delante respecto a su posición física.

La necesaria manipulación de la información

En definitiva, nuestro sistema visual solo interpretaría la imagen transmitida por la retina para acercarla a lo que estima percibir en el momento presente: conociendo los retrasos en la transmisión visual y la velocidad del punto, "manipula" su posición en su trayectoria y, por lo tanto, "adelanta" el punto rojo a su posición actual. Sin embargo, sigue habiendo un problema: ¿cómo explicar que el punto verde, en el momento del destello, no sea desplazado de la misma manera en el tiempo? En otras palabras, ¿cuál es la razón del tratamiento sensorial diferencial entre el punto en movimiento y el destello luminoso?

Como acabamos de mencionar, nuestro sistema visual está dotado de varios sistemas predictivos que se basan en la información adquirida a través de la experiencia. Nuestro cerebro puede, de hecho, aprender que un objeto tiene posibilidades de seguir una trayectoria coherente (como la pelota o el punto), o que la nariz está en medio de la cara, que la luz natural suele venir de arriba, etc.

La idea de un cerebro predictivo dotado de un conocimiento "a priori" sobre la estructura del mundo parece audaz y agradable. Pero, ¿podemos formalizarla, hacer una teoría matemática y proporcionar así un marco conceptual unificado sobre el funcionamiento del cerebro? La respuesta es sí, si creemos en las investigaciones del británico Karl Friston.


Para este neurocientífico, una teoría sobre el cerebro predictivo se enmarca en el contexto teórico más amplio de la "minimización de la energía libre". Se trata, según su autor, de una "formulación matemática de cómo los agentes biológicos resisten la tendencia natural hacia el desorden" y "mantienen su estado en un entorno cambiante". Para ello, deben minimizar la entropía y, por lo tanto, "el promedio a largo plazo de la sorpresa...", lo que equivale a minimizar la energía libre.

Informaciones ordenadas para predecir mejor

En resumen, se trata de una cantidad de información que mide el grado de sorpresa de un sistema, una cantidad que se mide simplemente en bits, al igual que el tamaño de un archivo informático. Y en este nuevo marco teórico podemos describir todo comportamiento (acción, percepción, aprendizaje...) en términos de minimización de la cantidad de sorpresa para deducir la mejor dirección para remontar la flecha de las incertidumbres. Más importante aún, el principio de minimización de la energía libre permite describir y predecir fenómenos hasta ahora difíciles de explicar, tanto para el comportamiento de los animales o los humanos como para el funcionamiento del cerebro.

Sin embargo, no existía un modelo explícito sobre el tiempo de los sentidos. Y eso es lo que hemos intentado esbozar aquí. Este tiempo de los sentidos permite explicar la ilusión del retardo del destello al diferenciar el punto en movimiento, que es predecible, y el destello, cuyo tiempo de aparición es impredecible.

Pero también es útil para el cerebro para predecir trayectorias más complejas: por ejemplo, la de una pelota cuya reaparición esperamos después de que haya pasado por detrás de una pared y se haya vuelto temporalmente invisible. Con este modelo, que posee un procesamiento jerárquico similar al que existe entre las diferentes áreas cerebrales, nos abrimos a otras facetas de la representación del tiempo en el cerebro, o incluso a formas diferentes de lo normal, por ejemplo, en las personas con esquizofrenia.

Fuente: The Conversation bajo licencia Creative Commons