Distinct and shared neural resources between processing of dynamic physical objects and spatial working memory

La navaja suiza del cerebro frente a la herramienta especializada

Imagina que tu cerebro es una ciudad bulliciosa. En esta ciudad, hay distritos especializados dedicados a trabajos específicos: un "Distrito de la Música" para escuchar melodías, un "Distrito del Lenguaje" para comprender palabras y un "Distrito Visual" para ver colores. Pero también hay un área de "Centro" general, a menudo llamada corteza frontoparietal, que se ilumina cada vez que te enfrentas a un desafío difícil, ya sea resolver un problema matemático, evitar presionarte un botón rojo o recordar un número de teléfono. Los científicos se han preguntado durante mucho tiempo sobre la relación entre este bullicioso Centro y los distritos especializados. Específicamente, ¿existe un "Distrito de la Física" especial en el cerebro solo para descifrar cómo se mueven, chocan y caen los objetos? ¿O es esa misma área del Centro la que realiza un doble trabajo, manejando tanto problemas complejos de física como gimnasia mental general?

Para entender esto, necesitamos saber dos cosas. Primero, la Física Intuitiva es la capacidad natural que todos tenemos para adivinar cómo funciona el mundo, como saber que una torre de bloques se caerá si empujas la base, o que una pelota rebotará contra una pared. Segundo, la Memoria de Trabajo Espacial es la nota adhesiva mental que usamos para mantener una ubicación en nuestra mente, como recordar dónde estacionaste tu bicicleta o rastrear a un amigo en una habitación llena de gente. La gran pregunta es: ¿Utiliza el cerebro un equipo de neuronas único y dedicado solo para la física, o recluta al mismo equipo general de "trabajo duro" que maneja todas las tareas difíciles? Si es el mismo equipo, entonces ser bueno en física podría significar simplemente que tienes un rango de atención general muy fuerte. Si es un equipo único, entonces la física es una habilidad especial por derecho propio.

El turno doble del cerebro

En este estudio, los investigadores Samuel Maione y Shari Liu, de la Universidad Johns Hopkins, decidieron jugar a "encuentra las diferencias" dentro de los cerebros de 28 adultos. Querían ver si las regiones cerebrales que aman pensar en objetos físicos (como bolas de billar rebotando) son exactamente las mismas regiones que aman resolver acertijos de memoria difíciles.

Sometieron a los participantes a una máquina de resonancia magnética y les dieron dos desafíos principales. Primero, les mostraron videos de puntos en movimiento. A veces los puntos actuaban como objetos físicos (rebotando contra las paredes como bolas de billar) y otras veces actuaban como agentes sociales (persiguiéndose unos a otros como amigos). Los participantes tenían que rastrear hacia dónde irían los puntos si desaparecieran por un momento. Segundo, jugaron un juego de memoria de trabajo espacial. Los participantes veían una cuadrícula donde aparecían cuadrados azules. En la versión "fácil", solo se iluminaban unos pocos cuadrados. En la versión "difícil", se iluminaban muchos cuadrados y los participantes tenían que recordar exactamente dónde estaban.

Los investigadores utilizaron un truco ingenioso llamado "regiones de interés funcionales" (fROI). Piensa en esto como encontrar los vecindarios específicos en la ciudad del cerebro que se iluminan más para cada tarea. Encontraron el "Vecindario Físico" (los puntos que amaban más los videos de bolas de billar que los videos sociales) y el "Vecindario de Trabajo Duro" (los puntos que amaban más el juego de memoria difícil que el fácil).

Aquí está lo que descubrieron, y es un poco un giro en la trama:

1. Los vecindarios se solapan, pero no perfectamente
El "Vecindario Físico" y el "Vecindario de Trabajo Duro" son vecinos. Comparten algunas calles. Alrededor de una cuarta parte de las células cerebrales en estas áreas forman parte de ambos vecindarios. Esto sugiere que el cerebro no tiene equipos completamente separados para estos trabajos; están justo al lado uno del otro y a veces trabajan juntos.

2. Una calle de un solo sentido
Aquí es donde se pone interesante. Los investigadores encontraron una extraña asimetría.

• El Vecindario de Trabajo Duro (los puntos que usualmente manejan tareas difíciles) no parecía importarle mucho si la tarea era sobre física o agentes sociales. Simplemente se iluminaban porque la tarea era difícil.
• Sin embargo, el Vecindario Físico (los puntos que usualmente aman la física) sí se iluminaba fuertemente cuando los participantes realizaban el juego de memoria difícil. De hecho, estas células que "aman la física" trabajaban tan duro para el juego de memoria como lo hacían para el juego de física.

Es como encontrar una panadería especializada que también resulta ser el mejor lugar para tomar una taza de café, pero la cafetería de al lado no hornea pan. Las células de la "física" son versátiles; están felices de hacer física, pero también están felices de realizar tareas espaciales difíciles. Las células de "trabajo duro", sin embargo, son menos exigentes con el tema y solo quieren un desafío.

3. El juego de la predicción
Los investigadores luego observaron las diferencias individuales. Preguntaron: "Si una persona tiene células de 'física' súper activas, ¿es mejor en el juego de memoria?".
La respuesta fue un rotundo sí. Las personas cuyas células del "Vecindario Físico" se iluminaron más durante el juego de memoria difícil fueron también las más precisas al recordar las ubicaciones de la cuadrícula.
Sorprendentemente, lo contrario no fue cierto. Tener células del "Vecindario de Trabajo Duro" súper activas no necesariamente hacía a alguien mejor en el juego de memoria. Era específicamente la actividad en las células que "aman la física" lo que predecía quién sería bueno en el rompecabezas espacial.

Lo que esto significa (y lo que no significa)

El estudio sugiere que las regiones cerebrales que utilizamos para comprender el mundo físico no son solo especialistas aislados. También están profundamente involucradas en la atención espacial general y en tareas exigentes. Los autores sugieren que estas regiones podrían ser un híbrido: están lo suficientemente especializadas para manejar la física, pero también son reclutadas para otros trabajos difíciles, especialmente aquellos que involucran el espacio y la ubicación.

Sin embargo, el artículo tiene cuidado de no decir que esta es la única forma en que el cerebro funciona. Los investigadores señalaron que, si bien las células de la "física" ayudaron con el juego de memoria, las células de "trabajo duro" no parecían predecir quién era bueno en el juego de memoria. Esto sugiere que, aunque la red de razonamiento físico está involucrada en las tareas espaciales, puede que no sea toda la historia.

Además, los investigadores no pudieron probar si estos patrones cerebrales predecían quién era bueno en el juego de física en sí. ¿Por qué? Porque la prueba para el juego de física fue un poco "ruidosa": las puntuaciones de las personas variaron demasiado para trazar una línea clara entre la actividad cerebral y la habilidad. Por lo tanto, aunque sabemos que las células de la "física" ayudan con la memoria, aún no sabemos si son la fórmula secreta para ser un genio de la física.

En resumen, el "equipo de física" del cerebro es también un "equipo de memoria espacial". Son el mismo grupo de trabajadores, solo que usan sombreros diferentes dependiendo del trabajo. Pero el equipo de "trabajo duro" es un poco más genérico, presentándose para cualquier desafío difícil sin necesariamente convertirte en un maestro de ese desafío específico. Este estudio sugiere que nuestra capacidad para comprender el mundo físico y nuestra capacidad para mantener el espacio en nuestras mentes están profundamente entrelazadas, compartiendo el mismo espacio neuronal.