IX.- Procesamiento Central. Vemos para actuar
Llegamos al final de los capítulos de “La Percepción Visual” y es hora de establecer lo más significativo en la nueva concepción de la visión. La visión hay que entenderla como algo dinámico y enfocada para la acción. Ya no podemos concebir el hecho de “ver” como algo que se asemeje a la génesis de una imagen, una foto, la visión pasa a formar parte de una acción, de un plan para actuar, la debemos englobar dentro de un proceso senso-motor multifactorial.
Os adelanto que en una próxima entrega desarrollaré dos temas que van directamente ligados a la que hemos visto en estos capítulos, la visión y la conducción y algunos aspectos nuevos en el tema de visión y deporte, dejando para más adelante una nueva serie de capítulos relacionados con la visión pero desde el enfoque cognitivo, donde hablaremos de cómo la visión se relaciona con la memoria, la atención, las emociones y la toma de decisiones.
En este capítulo desarrollaré los puntos siguientes:
- Conducta y Jerarquía Neural.
- Movimientos oculares y atención.
- Visión y aprendizaje Senso-Motor.
CONDUCTA Y JERARQUÍA NEURAL
En la ejecución de una determinada acción, se ponen en funcionamiento dos mecanismos que se interrelacionan, el oculomotor y el motor. El oculomotor tiene dos funciones principales, (1) localizar objetos apropiados en el entorno inmediato y pasar las coordenadas al sistema motor y (2) y colocar los ojos en una posición adecuada para ofrecer un campo visual en el que se pueda desarrollar la acción que queremos lleva a cabo. El impulso principal para estas funciones es de tipo visual, suplementado por memoria a corto y largo plazo de la localización de los objetos.
El sistema motor, formula y ejecuta la secuencia de movimientos musculares requeridos para realizar la acción, mediante la información visual y la información propioceptiva. Los estímulos de salida desde el cortex para estos dos sistemas, son el FEF (Frontal Eye Field), para los movimientos oculares y las áreas 6 y 4 para el complejo motor y premotor.
Una de las preguntas que aparecen en este contexto es, cómo cooperan las regiones prefrontal, premotora y parietal, en la generación de una acción. Rizzolatti y Luppino (2001), proponen un esquema en el que el área F5 del cortex premotor (que contiene las neuronas espejo), suministra “prototipos motores” para diversas tareas de manipulación (ver figura). En una acción particular, su activación se determina por imputs del área parietal AIP, la cual tiene representaciones 3D de los objetos, con información sobre su significado vía conexiones desde el lóbulo temporal IT. También recibe imputs directos desde DLPFC (Cortex prefrontal dorso-lateral), presumiblemente sobre qué acción se está realizando. La AIP puede considerarse como proveedora de opciones o posibilidades (affordances) de acción con objetos que están en el entorno.
MOVIMIENTOS OCULARES Y ATENCIÓN
Podemos dirigir nuestra atención a una zona determinada del campo visual, sin fijación foveolar (cover attention) o, moviendo los ojos y fijando algo en la mácula (over attention). Los cambios atencionales estarían relacionados con la preparación de los movimientos oculares. Las regiones FEF, SFEF y LIP del cortex parietal posterior, están asociadas con los movimientos sacádicos y en todas estas regiones hay células que se activan justo antes de que un sacádico se realice. Su sensibilidad a la estimulación depende del imput de la zona del campo visual, de su relevancia, en la tarea que se esté realizando en ese momento.
Los estudios con RMf demuestran que la relación entre los movimientos oculares y las áreas atencionales, no solo tienen una relación funcional sino que además se ha podido constatar una relación anatómica en la que se comparten regiones celulares y vías nerviosas.
El estudio de los mecanismos atencionales nos permiten explicar porque el mundo permanece estable cuando movemos los ojos en una sacada. Existiría un mecanismo de compensación a cargo de las células de la región LIP en el área parietal, de forma que ante un estímulo que capte nuestra atención, se produciría un “remapeo” de la escena exterior, de la representación espacial que tenemos en nuestra mente, de forma que las neuronas de la región LIP cambiarían de posición el mapa de la escena, buscando el nuevo foco u objeto que llama nuestra atención. Este “remapeo” se produce 80 mseg antes de que se inicie la sacada de búsqueda, así cuando los ojos alcance el nuevo punto de fijación, la escena externa ya estará estabilizada por nuestra representación de la escena a nivel interno, es lo que ya hemos visto como “descarga corolaria”. Para algunos esto supone poder “ver” el futuro, adelantarnos en el tiempo, aunque sólo sea en una fracción mínima de milisegundos.
De forma general, realizamos una acción en un espacio de tiempo determinado, pero siempre de forma secuencial, no en paralelo. Ante una determinada tarea, elaboramos un plan de acción en el cerebro, dirigimos la mirada hacia la búsqueda del objeto o los objetos que necesitamos para realizar esa tarea, dentro del campo visual o el entorno que nos rodea (movimientos de ojos y/o cabeza) y activamos el sistema motor para realizar la tarea, con la ayuda del sistema perceptivo visual que guiará esos movimientos de manos, brazos, etc.
Estas fases se dan secuencialmente y se regulan en el cerebro mediante el “Control de Esquemas” o el “Sistema Supervisor Atencional”, dependiendo de la terminología que utilicemos, situado en el cortex frontal, tal como se representa en la figura:
Cada vez se admite con mayor consistencia el papel de los mecanismos atencionales en el control de las tareas motoras con actividad visual.
Diversos estudios evidencian el papel controlador de la atención sobre la detección de estímulos en determinadas zonas del campo visual. La estimulación del cortex prefrontal, supone un mecanismo descendente, top-down, que es responsable de que seamos más sensibles a algunos estímulos en el campo visual, al tiempo que produce un efecto filtro o pantalla para otros elementos de ese campo visual. Cuando buscamos un determinado objeto, si el grado de atención es alto, somos más sensibles a los estímulos que nos ayudan a localizar aquel objeto, los detalles que lo identifican dentro de la escena visual.
De la misma manera, hay evidencias que señalan el papel de la atención en los mecanismos de bottoom-up (Knudsen 2007, Itti y Baldi 2006). En una situación de alta tensión, con un elevado grado de nivel atencional, como cuando tenemos miedo, se comprueba que el umbral de detección de estímulos salientes en la escena visual, es mucho más alto que cuando el nivel atencional disminuye. Estímulos que en condiciones normales no serían percibidos, ahora si pasan a ser detectados.
VISIÓN Y APRENDIZAJE SENSO-MOTOR
La información tarda unos100 mseg en pasar desde los ojos hasta el cerebro. En este tiempo, un coche que vaya a 48 Km/h, recorrerá 1.44 m y un lanzador de beisbol, en el mismo tiempo, la bola habrá recorrido ¼ del trayecto hasta el bateador. Estos datos indican que es imposible hacer un seguimiento preciso de la trayectoria de movimientos que se dan en la vida diaria y sin embargo somos capaces de realizar estas actividades, especialmente la de conducir. Esto se debe a que utilizamos una serie de mecanismos para predecir la acción que vamos a realizar (feed-forward) a diferencia de los mecanismos de feed-back, que requieren mayor tiempo y que no son útiles en la mayoría de ocasiones en la vida diaria.
La realidad es que utilizamos la información feed-forward para anticipar el movimiento y la información de feed-back, para ajustarlo y calibrarlo, así tenemos velocidad y eficacia. Este sistema dual lo vemos en el ajuste de la mirada entre dos sacadas, el reflejo vestíbulo-ocular, confiere rapidez y el reflejo optocinético (feed-back), corrige la posición de los ojos para que coincidan con el objeto que fijamos:
Este mecanismo dual permite eliminar la idea de que funcionamos con modelos internos así cuando trazamos una curva con el coche, tenemos información directa y rápida (feed-forward) con la dirección de la curva, la distancia que nos separa de la línea exterior de la carretera (punto tangente) y realizamos el ajuste fino (feed-back), si mantenemos la distancia correcta o si por el contrario nos acercamos a esta, lo cual indica que se cierra y que debemos girar más, corrige “errores”. Tenemos una serie de variables que nos van informando sobre el movimiento que debemos realizar e información dinámica, continua, que nos permite reajustar ese movimiento (luego lo veremos en mayor detalle la tratar el tema de la visión y la conducción).
En ocasiones, cuando se trata de movimientos muy rápidos, como contestar un saque de tenis, la información visual no es suficiente para ejecutar el movimiento correctamente. Se necesita un modelo que permita predecir o anticipar ese movimiento, podríamos decir que hay un modelo o representación mental que, más que anticipar la acción por sí mimo, lo que hace es facilitar la ejecución de la información feed-forward, reducir su tiempo de procesamiento, para que el movimiento se realice más rápido.
Se trataría de “mecanizar” un movimiento, es decir, crear un modelo que controle una determinada tarea o acción, existiría un “sistema control” que coordinaría la mirada, acciones motoras y control visual de los movimientos pero según un plan preestablecido, como cuando vamos en bicicleta, que implica una serie de acciones cuasi automáticas que se van reajustando sobre la marcha, si veo que el camino hace subida, cambio de marcha y debo pedalear para vencer una mayor resistencia.
Cuando juego a tenis, veo la pelota y antes de que me llegue debo cambiar la posición del cuerpo, desplazar el brazo hacia atrás, etc, ejecutar una serie de movimientos para contestar correctamente, intentando devolver la bola para que vaya en la forma y posición que quiero. Debo pensar donde quiero que vaya pero, los movimientos que realizo, están mecanizados, son estereotipados según un proceso de aprendizaje anterior basado en prueba-error. Lo vemos representado en el siguiente esquema:
Estos hechos reafirman todavía más la idea de que la visión, el direccionamiento de los ojos ante un estímulo del entorno (saliente o de búsqueda), en un contexto top-down, está muy determinado por elementos cognitivos y por modelos de acción “mecanizados” previamente, que facilitan o nos hacen más sensibles a ciertos estímulos, como los que se relacionan con un objeto que estuviéramos buscando en un entorno determinado (Najemnik y Geisler, 2005 – 2008).
Os adelanto que en una próxima entrega desarrollaré dos temas que van directamente ligados a la que hemos visto en estos capítulos, la visión y la conducción y algunos aspectos nuevos en el tema de visión y deporte, dejando para más adelante una nueva serie de capítulos relacionados con la visión pero desde el enfoque cognitivo, donde hablaremos de cómo la visión se relaciona con la memoria, la atención, las emociones y la toma de decisiones.
En este capítulo desarrollaré los puntos siguientes:
- Conducta y Jerarquía Neural.
- Movimientos oculares y atención.
- Visión y aprendizaje Senso-Motor.
CONDUCTA Y JERARQUÍA NEURAL
En la ejecución de una determinada acción, se ponen en funcionamiento dos mecanismos que se interrelacionan, el oculomotor y el motor. El oculomotor tiene dos funciones principales, (1) localizar objetos apropiados en el entorno inmediato y pasar las coordenadas al sistema motor y (2) y colocar los ojos en una posición adecuada para ofrecer un campo visual en el que se pueda desarrollar la acción que queremos lleva a cabo. El impulso principal para estas funciones es de tipo visual, suplementado por memoria a corto y largo plazo de la localización de los objetos.
El sistema motor, formula y ejecuta la secuencia de movimientos musculares requeridos para realizar la acción, mediante la información visual y la información propioceptiva. Los estímulos de salida desde el cortex para estos dos sistemas, son el FEF (Frontal Eye Field), para los movimientos oculares y las áreas 6 y 4 para el complejo motor y premotor.
Una de las preguntas que aparecen en este contexto es, cómo cooperan las regiones prefrontal, premotora y parietal, en la generación de una acción. Rizzolatti y Luppino (2001), proponen un esquema en el que el área F5 del cortex premotor (que contiene las neuronas espejo), suministra “prototipos motores” para diversas tareas de manipulación (ver figura). En una acción particular, su activación se determina por imputs del área parietal AIP, la cual tiene representaciones 3D de los objetos, con información sobre su significado vía conexiones desde el lóbulo temporal IT. También recibe imputs directos desde DLPFC (Cortex prefrontal dorso-lateral), presumiblemente sobre qué acción se está realizando. La AIP puede considerarse como proveedora de opciones o posibilidades (affordances) de acción con objetos que están en el entorno.
MOVIMIENTOS OCULARES Y ATENCIÓN
Podemos dirigir nuestra atención a una zona determinada del campo visual, sin fijación foveolar (cover attention) o, moviendo los ojos y fijando algo en la mácula (over attention). Los cambios atencionales estarían relacionados con la preparación de los movimientos oculares. Las regiones FEF, SFEF y LIP del cortex parietal posterior, están asociadas con los movimientos sacádicos y en todas estas regiones hay células que se activan justo antes de que un sacádico se realice. Su sensibilidad a la estimulación depende del imput de la zona del campo visual, de su relevancia, en la tarea que se esté realizando en ese momento.
Los estudios con RMf demuestran que la relación entre los movimientos oculares y las áreas atencionales, no solo tienen una relación funcional sino que además se ha podido constatar una relación anatómica en la que se comparten regiones celulares y vías nerviosas.
El estudio de los mecanismos atencionales nos permiten explicar porque el mundo permanece estable cuando movemos los ojos en una sacada. Existiría un mecanismo de compensación a cargo de las células de la región LIP en el área parietal, de forma que ante un estímulo que capte nuestra atención, se produciría un “remapeo” de la escena exterior, de la representación espacial que tenemos en nuestra mente, de forma que las neuronas de la región LIP cambiarían de posición el mapa de la escena, buscando el nuevo foco u objeto que llama nuestra atención. Este “remapeo” se produce 80 mseg antes de que se inicie la sacada de búsqueda, así cuando los ojos alcance el nuevo punto de fijación, la escena externa ya estará estabilizada por nuestra representación de la escena a nivel interno, es lo que ya hemos visto como “descarga corolaria”. Para algunos esto supone poder “ver” el futuro, adelantarnos en el tiempo, aunque sólo sea en una fracción mínima de milisegundos.
De forma general, realizamos una acción en un espacio de tiempo determinado, pero siempre de forma secuencial, no en paralelo. Ante una determinada tarea, elaboramos un plan de acción en el cerebro, dirigimos la mirada hacia la búsqueda del objeto o los objetos que necesitamos para realizar esa tarea, dentro del campo visual o el entorno que nos rodea (movimientos de ojos y/o cabeza) y activamos el sistema motor para realizar la tarea, con la ayuda del sistema perceptivo visual que guiará esos movimientos de manos, brazos, etc.
Estas fases se dan secuencialmente y se regulan en el cerebro mediante el “Control de Esquemas” o el “Sistema Supervisor Atencional”, dependiendo de la terminología que utilicemos, situado en el cortex frontal, tal como se representa en la figura:
Cada vez se admite con mayor consistencia el papel de los mecanismos atencionales en el control de las tareas motoras con actividad visual.
Diversos estudios evidencian el papel controlador de la atención sobre la detección de estímulos en determinadas zonas del campo visual. La estimulación del cortex prefrontal, supone un mecanismo descendente, top-down, que es responsable de que seamos más sensibles a algunos estímulos en el campo visual, al tiempo que produce un efecto filtro o pantalla para otros elementos de ese campo visual. Cuando buscamos un determinado objeto, si el grado de atención es alto, somos más sensibles a los estímulos que nos ayudan a localizar aquel objeto, los detalles que lo identifican dentro de la escena visual.
De la misma manera, hay evidencias que señalan el papel de la atención en los mecanismos de bottoom-up (Knudsen 2007, Itti y Baldi 2006). En una situación de alta tensión, con un elevado grado de nivel atencional, como cuando tenemos miedo, se comprueba que el umbral de detección de estímulos salientes en la escena visual, es mucho más alto que cuando el nivel atencional disminuye. Estímulos que en condiciones normales no serían percibidos, ahora si pasan a ser detectados.
VISIÓN Y APRENDIZAJE SENSO-MOTOR
La información tarda unos100 mseg en pasar desde los ojos hasta el cerebro. En este tiempo, un coche que vaya a 48 Km/h, recorrerá 1.44 m y un lanzador de beisbol, en el mismo tiempo, la bola habrá recorrido ¼ del trayecto hasta el bateador. Estos datos indican que es imposible hacer un seguimiento preciso de la trayectoria de movimientos que se dan en la vida diaria y sin embargo somos capaces de realizar estas actividades, especialmente la de conducir. Esto se debe a que utilizamos una serie de mecanismos para predecir la acción que vamos a realizar (feed-forward) a diferencia de los mecanismos de feed-back, que requieren mayor tiempo y que no son útiles en la mayoría de ocasiones en la vida diaria.
La realidad es que utilizamos la información feed-forward para anticipar el movimiento y la información de feed-back, para ajustarlo y calibrarlo, así tenemos velocidad y eficacia. Este sistema dual lo vemos en el ajuste de la mirada entre dos sacadas, el reflejo vestíbulo-ocular, confiere rapidez y el reflejo optocinético (feed-back), corrige la posición de los ojos para que coincidan con el objeto que fijamos:
En ocasiones, cuando se trata de movimientos muy rápidos, como contestar un saque de tenis, la información visual no es suficiente para ejecutar el movimiento correctamente. Se necesita un modelo que permita predecir o anticipar ese movimiento, podríamos decir que hay un modelo o representación mental que, más que anticipar la acción por sí mimo, lo que hace es facilitar la ejecución de la información feed-forward, reducir su tiempo de procesamiento, para que el movimiento se realice más rápido.
Se trataría de “mecanizar” un movimiento, es decir, crear un modelo que controle una determinada tarea o acción, existiría un “sistema control” que coordinaría la mirada, acciones motoras y control visual de los movimientos pero según un plan preestablecido, como cuando vamos en bicicleta, que implica una serie de acciones cuasi automáticas que se van reajustando sobre la marcha, si veo que el camino hace subida, cambio de marcha y debo pedalear para vencer una mayor resistencia.
Cuando juego a tenis, veo la pelota y antes de que me llegue debo cambiar la posición del cuerpo, desplazar el brazo hacia atrás, etc, ejecutar una serie de movimientos para contestar correctamente, intentando devolver la bola para que vaya en la forma y posición que quiero. Debo pensar donde quiero que vaya pero, los movimientos que realizo, están mecanizados, son estereotipados según un proceso de aprendizaje anterior basado en prueba-error. Lo vemos representado en el siguiente esquema:
Estos hechos reafirman todavía más la idea de que la visión, el direccionamiento de los ojos ante un estímulo del entorno (saliente o de búsqueda), en un contexto top-down, está muy determinado por elementos cognitivos y por modelos de acción “mecanizados” previamente, que facilitan o nos hacen más sensibles a ciertos estímulos, como los que se relacionan con un objeto que estuviéramos buscando en un entorno determinado (Najemnik y Geisler, 2005 – 2008).
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