El cerebro humano minimiza el gasto de energía muscular y tiene en cuenta la fuerza de gravedad

Scitech
Traducción al español por Electrónica Fácil Noticias
18/12/08

Cuando tratamos de alcanzar un objeto, el cerebro prepara las órdenes neuronales pertinentes que envía a los músculos necesarios, pero también efectúa cálculos específicos para minimizar el gasto de energía, según un nuevo estudio realizado por neurocientíficos y matemáticos del INSERM y de la ENSTA, en Francia.

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Cómo el cerebro humano organiza y controla nuestras acciones es una cuestión crucial en las ciencias de la vida. En décadas recientes, el empleo de modelos informáticos, y asumir que el cerebro se comporta como un controlador óptimo, han representado un gran avance teórico. En la mayoría de los estudios, este criterio de que el cerebro actúa como un controlador óptimo es planteado a priori y se asume que produce movimientos suaves y armoniosos, como los registrados experimentalmente. Sin embargo, la mayoría de los modelos existentes falla al explicar cómo nuestras interacciones con el ambiente externo están integradas dentro del proceso de optimización.

En particular, la gravedad es una de las limitaciones que permanentemente actúan sobre los movimientos de los organismos vivos. La simple observación de los movimientos verticales del brazo revela que la actividad muscular es diferente cuando se eleva el brazo que cuando se baja. Esto condujo a los autores a conjeturar que el cerebro aprovecha específicamente la fuerza gravitatoria durante el movimiento, tratando de optimizar el consumo de energía. El descubrimiento de esta regla biológica es resultado del empleo de un método matemático deductivo, el cual predice períodos cortos de inactividad muscular, y una cinemática de la mano dependiente de la dirección. Estas predicciones han sido verificadas experimentalmente empleando voluntarios humanos.

Los autores del nuevo estudio explican cómo el cerebro planifica los movimientos mediante la integración de las restricciones ambientales y biológicas, y el método puede ser de valor potencial para comprender las disfunciones motoras y para guiar los consecuentes programas de rehabilitación. Es más, abre la perspectiva de estudiar funciones cerebrales a través de la interacción cooperativa de matemáticos y neurocientíficos. Un buen ejemplo de esto último está en los propios resultados del estudio, que son una clara demostración de que los principios y teorías matemáticos, anteriormente empleados para comprender al mundo inanimado, ahora son empleados con éxito para comprender cómo los organismos biológicos integran estas leyes.