Shared symmetry detection with divergent temporal dynamics in marmosets and humans

La simetría es un lenguaje fundamental del mundo visual, un patrón que nuestros cerebros parecen estar programados para reconocer instantáneamente. Es la imagen especular de un rostro, las alas equilibradas de una mariposa o los azulejos repetitivos en un suelo. Durante décadas, los científicos han sabido que el cerebro humano tiene una red dedicada a detectar estos patrones, la cual se ilumina en áreas específicas en la parte posterior de la cabeza cuando los vemos. Pero una pregunta central en la biología de cómo pensamos ha permanecido sin respuesta: ¿es esta capacidad un invento especial del ser humano, o es un rasgo compartido heredado de nuestros distantes ancestros primates? Para averiguarlo, los investigadores necesitaban mirar dentro de los cerebros de otros primates, pero hacerlo sin una cirugía invasiva ha sido un obstáculo importante. Aunque estudios previos en monos dependían de escaneos cerebrales que muestran el flujo sanguíneo, estos no podían capturar la sincronización eléctrica de una fracción de segundo de cómo el cerebro procesa un patrón.

Un equipo de investigadores ha cerrado ahora esta brecha comparando cómo reaccionan los humanos y los titíes comunes —un pequeño mono del Nuevo Mundo— a la simetría visual. Se centraron en dos tipos distintos de patrones: la reflexión, que es como una imagen de espejo, y la rotación, donde una forma se repite al girar. Al utilizar un método no invasivo que registra señales eléctricas del cuero cabelludo, descubrieron que ambas especies comparten una capacidad rápida y automática para detectar la simetría de espejo. Sin embargo, cuando se trató de la rotación, las dos especies divergieron. Mientras que los humanos mantenían una respuesta eléctrica constante y sostenida ante los patrones rotatorios, los cerebros de los titíes respondían solo brevemente antes de calmarse. Este hallazgo sugiere que la maquinaria básica y rápida para detectar la simetría es antigua y compartida entre los primates, pero el procesamiento más complejo y prolongado que los humanos utilizan para elaborar plenamente estos patrones puede ser un desarrollo posterior.

Para realizar esta comparación, los científicos tuvieron que superar un desafío técnico significativo: registrar señales cerebrales claras de un mono sin una cirugía que dañara el cerebro o requiriera la colocación diaria de electrodos. Diseñaron una rejilla personalizada, flexible, de treinta y dos diminutos sensores que se fijó quirúrgicamente directamente al cráneo de tres titíes adultos machos. Este dispositivo, que pesaba solo seis gramos, actuó como una ventana permanente a la actividad eléctrica del cerebro, permitiendo que los animales fueran probados repetidamente durante muchas sesiones. Los titíes fueron entrenados para sentarse tranquilamente en una silla mientras miraban una pantalla, donde eran recompensados con una gota de jugo por permanecer quietos. Al mismo tiempo, un grupo de trece voluntarios humanos observaba exactamente las mismas imágenes en una pantalla mientras usaban un gorro estándar de sensores.

Las imágenes mostradas a ambos grupos fueron cuidadosamente elaboradas mediante texturas basadas en reglas matemáticas de simetría. Algunos patrones se repetían reflejándose a sí mismos a través de una línea, lo que se conoce como doble reflexión. Otros se repetían mediante la rotación alrededor de un centro, conocido como rotación de cuatro polos. Para asegurar que el cerebro estuviera reaccionando a la simetría en sí y no solo a cambios aleatorios en la imagen, los investigadores alternaron estas imágenes simétricas con versiones desordenadas que se veían similares pero carecían del patrón. Midieron la respuesta del cerebro buscando un pulso eléctrico rítmico que coincidiera con la velocidad a la que parpadeaban las imágenes. Debido a que el cerebro responde de manera diferente a la parte simétrica de la imagen frente al simple cambio de la imagen, los investigadores pudieron separar las dos señales.

Los resultados revelaron una similitud sorprendente en cómo las dos especies manejaban la simetría de espejo. Tanto en los titíes como en los humanos, el cerebro producía una señal eléctrica fuerte y constante que duraba tanto como el patrón de espejo estaba en la pantalla. Esta señal era más fuerte en la parte posterior de la cabeza, en las áreas de procesamiento visual, y su tiempo y fuerza eran casi idénticos entre las especies. Esto sugiere que la capacidad de detectar la reflexión es un rasgo conservado, que probablemente evolucionó hace cientos de millones de años para ayudar a los primates a reconocer rostros, cuerpos y otros seres vivos en su entorno.

Sin embargo, la historia cambió cuando los investigadores observaron los patrones rotatorios. Mientras que el cerebro humano continuaba vibrando con un ritmo eléctrico constante mientras el patrón rotatorio era visible, el cerebro del tití respondía de manera diferente. Los cerebros de los monos emitían una señal rápida y aguda cuando el patrón rotatorio aparecía por primera vez, pero esta señal se desvanecía rápidamente, dejando al cerebro en silencio durante el resto del tiempo que la imagen estaba en la pantalla. Esta diferencia era específica para los patrones rotatorios; los patrones de espejo aún producían la respuesta larga y constante en los monos. Los investigadores descartaron la posibilidad de que esto se debiera a que los monos no prestaban atención o movían los ojos, ya que los patrones eran grandes y los movimientos oculares fueron rastreados y controlados.

El estudio apunta a una divergencia específica en cómo los cerebros de los primates procesan la información visual. La detección inicial y rápida de la simetría parece ser un mecanismo de alimentación hacia adelante (feedforward) compartido que funciona de la misma manera en ambas especies. Pero la capacidad de mantener una representación sostenida de esa simetría, particularmente para rotaciones más complejas, parece depender de un tipo de actividad cerebral diferente que es robusta en humanos pero más débil en los titíes. Esta actividad sostenida probablemente involucra señales que circulan de ida y vuelta entre diferentes partes del cerebro, un proceso que puede estar menos desarrollado en los titíes que en los humanos o sus parientes cercanos, los macacos.

Al establecer que los titíes pueden ser utilizados para estudiar estos complejos procesos visuales con la misma precisión que los humanos, el estudio abre una nueva puerta para la neurociencia. El cerebro del tití es liso y accesible, a diferencia de los cerebros plegados de los macacos donde estas áreas visuales están enterradas en lo profundo. Esto significa que, en el futuro, los científicos pueden combinar estos registros superficiales con mediciones directas y profundas dentro del cerebro para entender exactamente cómo funcionan estos circuitos. Los hallazgos confirman que, si bien compartimos un fundamento común y antiguo para ver la simetría, el cerebro humano ha añadido una capa de procesamiento sostenido que nos permite retener y elaborar estos patrones de formas en las que otros primates podrían no hacerlo.