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La Gravedad en el Cerebro

Jugar a atrapar la pelota es fácil, pero en realidad es mucho más complejo de lo que parece. Un juego de atrapar pelotas en el espacio ha demostrado que el cerebro humano tiene impreso un modelo de la gravedad.

NASA

ver leyendaMarzo 18, 2002:  Jugar a atrapar la pelota es fácil. Lo pueden hacer los niños, e incluso sus padres. Mantenga los ojos en la pelota y -- si no piensa mucho en ello -- su mano la atrapará en el aire. Verdaderamente, es muy sencillo.

¿Pero, es así? En verdad, este juego es más complicado de lo que parece.

Justo antes que la pelota llegue, su mano gira levemente. Los músculos se tensan, para que su mano no salga disparada con la fuerza del impacto. La coordinación es sorprendentemente exacta: los músculos se aprietan exactamente un décimo de segundo antes del impacto de la pelota.

Arriba: Jugando a atrapar la pelota. Crédito y derechos de la imagen: Jim Richardson.

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El cerebro se prepara mucho antes para atrapar la pelota. La mano se mueve sólo porque el cerebro se lo ordena -- y a los comandos del cerebro les toma dos décimas de segundo llegar hasta la mano. Estas demoras exigen que el cerebro sea capaz de predecir el momento de la llegada de la pelota -- un proceso que se complica debido a que, por causa de la gravedad, la velocidad de la pelota voladora está cambiando constantemente.

¿Cómo hace ésto su cerebro?

De acuerdo al neurocientífico Joe McIntyre del College de France, la precisión del cerebro se debe a que contiene un modelo interno de la gravedad. El cerebro, dice, parece capaz de anticiparse, calcular y compensar la aceleración gravitacional -- en forma natural.

Sus conclusiones, publicadas recientemente en la revista Nature Neuroscience, se basan en un innovador experimento que consiste en atrapar pelotas en el espacio: astronautas a bordo del Transbordador espacial Columbia atraparon pelotas lanzadas por un cañón de resortes, mientras se encontraban en órbita. Las pelotas se movían con una velocidad constante, a diferencia del movimiento con una aceleración constante, como hubiese ocurrido en la Tierra. Mientras los astronautas jugaban a atrapar pelotas, cámaras infrarrojas seguían los movimientos de sus manos y brazos, y electrodos medían la actividad eléctrica de los músculos de sus brazos.

Abajo: Un astronauta se prepara para el experimento de atrapar pelotas dentro del módulo de entrenamiento del Neurolab. [más información.]

ver leyendaMcIntyre y sus colegas diseñaron el inusitado experimento en el Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS) en Francia y en el Instituto Científico Santa Lucia en Roma. El experimento voló al espacio para una misión de 17 días en 1998, uno de 26 experimentos de ciencias de la vida del Neurolab, a bordo del Columbia.

Durante el vuelo, dice McIntyre, los astronautas siempre podían atrapar las pelotas, pero su coordinación estaba levemente "desincronizada". Reaccionaban como si esperasen que la pelota se moviera más rápido de lo que lo hacía -- en otras palabras, como si la gravedad fuese la que es "normal" en la Tierra.

La expectativa de la gravedad "normal" de los astronautas era notablemente persistente. Luego de quince días de experimentos, continuaban anticipándose equivocadamente al movimiento de la pelota -- "aunque, a esta altura, ya comenzábamos a ver algunas evidencias de adaptación", dice McIntyre.

"La pregunta es", continúa, "¿si el cerebro anticipa el efecto de la gravedad, porqué lo hace?"

Los astronautas que orbitan la Tierra detectan claramente un cambio de la aceleración: por ejemplo, los mismos astronautas flotan. Y se adaptan a la falta de peso de muchas maneras. El mareo del movimiento, por ejemplo, tiende a desaparecer después de dos o tres días en el espacio. Sin embargo por cerca de quince días, los cerebros de los astronautas seguían prediciendo que las pelotas se acelerarían al igual que en la Tierra, aún frente a irrefutable evidencia en contra.

Tales comportamientos, rígidos e inflexibles, apoyan la idea de que el cerebro contiene impreso un modelo de la gravedad -- como un computador especializado ubicado en nuestras cabezas, capaz de calcular la aceleración.

ver leyendaDerecha: ¿Están incorporadas en el cerebro humano las ecuaciones del movimiento de Newton? Esto es lo que el experimento de atrapar pelotas del Neurolab desearía conocer. Aprenda más sobre la velocidad, la aceleración y la gravedad, de: Conceptos de Hiperfísica .

Hay aun otra evidencia. Por ejemplo, dice McIntyre, si se pone, cuidando de su seguridad, a un bebé sobre una mesa de vidrio resistente, donde ella o él puedan ver el suelo debajo, el bebé se asustará. Aunque no cae, él espera caer -- sin tener ninguna experiencia previa de caída. "No es muy difícil provocar esta respuesta", añadió. "Da la impresión de que, asumir la expectativa de una aceleración hacia abajo, es algo muy común e inequívoco.

Eventualmente, la aceleración que anticipamos, puede variar de la normal terrestre a otros valores. Un indicio de adaptación: después de dos semanas de la misión Neurolab, los astronautas del Transbordador comenzaban a atrapar mejor las pelotas. Aun quedaba el movimiento adelantado del brazo, pero su amplitud disminuyó. Al mismo tiempo, los astronautas comenzaron a incorporar un movimiento adicional del brazo -- uno calculado para ejecutarse justo antes del impacto de la pelota.

Cuando, a su regreso, los astronautas repitieron los experimentos en el suelo, todos, dice McIntyre, parecían sorprendidos de lo rápido que caía la pelota. Pero se adaptaron mucho más rápido de lo que lo hicieron en el espacio. En la Tierra, si uno es lento con la reacción, pierde la pelota. Tal vez esto obliga a aprender más rápido, sugiere.

ver leyendaEs posible que los astronautas se adapten a gravedad cero, y luego se readapten nuevamente a la gravedad terrestre. También es posible que el cerebro sea capaz de aprender y retener múltiples modelos de aceleración. En situaciones diferentes, simplemente escogerá cual de éstas aplicar. Esto, en verdad, es lo que McIntyre y sus colegas creen que sucede.

Izquierda: En muchos aspectos importantes, el cerebro humano y el sistema nervioso son un rompecabezas. Consulte el Manual del Neurolab (en inglés) y aprenda cuales son las piezas que faltan y cómo algunas de ellas podrían ser halladas en el espacio.

No hay duda de que el experimento de McIntyre en el Neurolab fue divertido, pero aquí hay mucho más en juego que sólo pasatiempos y diversión.

Los investigadores esperan que entendiendo cómo los astronautas se adaptan a los inesperados movimientos de los objetos en el espacio, podrán mejorar los aspectos de seguridad de las misiones espaciales. Hay también beneficios para los que quedamos en la Tierra: estos experimentos, dice McIntyre, ofrecen una forma única de explorar el sistema nervioso. Ciertas clases de daños al cerebro generan problemas similares con la coordinación, a los que experimentaron los astronautas. Descubrir la forma en que trabaja el sistema nervioso, es un paso importante en el tratamiento de este tipo de desórdenes.

Sin duda, el sistema nervioso humano es, en muchos aspectos, un rompecabezas. Experimentos como este demuestran que al menos algunas de las piezas pueden ser encontradas... en el espacio.

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Créditos y Contactos

Autora: Karen Miller
Funcionario Responsable de NASA: John M. HorackEditor de Producción: Dr. Tony Phillips
Curador: Bryan Walls


Relaciones con los Medios: Steve Roy

Traducción al Español: Jorge Ianiszewski
Traducción de Gráficas: Boris G. Simmonds
Editor en Español: Hector Medina
El Directorio de Ciencias del Centro Marshall para Vuelos Espaciales de la NASA patrocina el Portal de Internet de Science@NASA que incluye a Ciencia@NASA. La misión de Ciencia@NASA es ayudar al público a entender cuán emocionantes son las investigaciones que se realizan en la NASA y colaborar con los científicos en su labor de difusión.

Más Información (en inglés)

Para aprender más sobre esta investigación, lea el artículo original en la revista Nature Neuroscience, 4, 693, 2001.

La Oficina de Investigación Biológica y Física de la NASA apoya los estudios del cuerpo humano en el espacio.

Neurolab -- Portal.

El Cerebro en el espacio -- una guía para los profesores, de la NASA. Spacelink (este es un archivo Adobe PDF de 3.5 MB)

Marcos de Referencias y Modelos Internos -- en otras palabras, "el experimento de atrapar la pelota".

Movimientos Simples, Adaptación Compleja -- más información sobre el experimento de atrapar la pelota, del Manual del Neurolab.

Imágenes: En el módulo de entrenamiento del Neurolab ; La astronauta Kathryn Hire juega a atrapar la pelota ; El astronauta Jim Pawelczyk juega a atrapar la pelota. (spaceflight.nasa.gov)


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