L’ésser humà és curiós per naturalesa. Vol, fins i tot necessita, saber com funciona tot el que l’envolta. Des de menuts ens meravellem quan, en desmuntar un aparell, veiem el que hi ha dins i ens preguntem per a què serveix aquest i aquell component. I el que és més sorprenent: com més excepcional és la funció d’un aparell més necessitem saber-ne.

Aquest símil ben bé pot aplicar-se al nostre cervell, atès el paper tan excepcional que representa en la nostra existència i adaptació a un món cada vegada més complex. Qui no s’ha preguntat alguna vegada per alguna de les imponents funcions cerebrals? Per què pensem, per què tenim sentiments tan profunds com l’amor, la compassió o la ira, per què som creatius, per què…? Però el més important no és tant saber el per què, sinó de quina manera el cervell és capaç d’elaborar totes aquestes capacitats tan complexes de l’ésser humà.

Doncs bé, la neurociència cognitiva és una disciplina relativament jove que des de la dècada dels noranta del segle passat està responent, almenys parcialment, a aquestes preguntes i formulant-ne altres; i, per a això ha fet servir potents tècniques anomenades, de manera genèrica, «tècniques de neuroimatge funcional». L’associació entre neuroimatge i neurociència cognitiva permet relacionar activitat cerebral i processos cognitius seguint la següent lògica: les àrees cerebrals que mostren major activació durant la realització d’una tasca cognitiva són crucials per a la funció cognitiva que requereix aquesta tasca.

«La Neurociència cognitiva és una disciplina relativament jove que estudia de quina manera el cervell és capaç d’elaborar totes les capacitats de l’ésser humà»

Així, la conjunció de models que intenten estudiar el correlat neural de la cognició i les dades revelades per les tècniques de neuroimatge ha posat de manifest l’existència d’una gran quantitat d’àrees cerebrals implicades en qualsevol tipus de processament. Però el vertader repte de la neurociència cognitiva és establir models sòlids sobre la cognició humana a partir dels quals puguen dissenyar-se experiments que expliquen com funcionen diferents àrees cerebrals interconnectades per a produir conducta.

Breu recorregut per les tècniques de neuroimatge

Les tècniques de neuroimatge funcional van revolu­cionar la neurociència cognitiva, perquè van permetre estudiar en temps real els canvis fisiològics que ocorren al cervell d’un individu mentre realitza una tasca cognitiva (llegir oracions, prendre decisions, veure imatges, etc.). En altres paraules, la neurociència cognitiva combina les estratègies experimentals de la psicologia cognitiva amb diverses tècniques dedicades a examinar com la funció cerebral sustenta l’activitat mental.

Les tècniques que lideren la investigació actual sobre el funcionament cerebral són: els potencials relacionats amb un esdeveniment (ERP, de l’anglès Event-Related Potentials), obtinguts a partir de l’enregistrament electroencefalogràfic (EEG), la magnetoencefalografia (MEG), la tomografia per emissió de positrons (PET, sigles de la nomenclatura en anglès, Positró Emission Tomography), i la imatge per ressonància magnètica funcional (fMRI, de l’anglès functional Magnetic Resonance Imaging).

Aquestes quatre tècniques permeten enregistrar l’activitat cerebral i es classifiquen en dos grans grups, en funció de la naturalesa dels processos biològics que aquesta activitat porta associada. Com que l’impuls nerviós, el senyal fonamental de la comunicació neuronal, es manifesta a nivell elèctric, i per tant també magnètic, un primer grup de tècniques d’enregistrament de l’activitat cerebral el constitueixen les tècniques magnetoelèctriques: EEG i MEG. Aquestes representen una mesura directa de l’activitat neuronal, ja que mesuren els camps electromagnètics generats pel flux de corrent intracel·lular produït en les neurones piramidals corticals. Els potencials relacionats amb un esdeveniment constitueixen variacions de l’enregistrament magnetoelectroencefalogràfic basal, relacionades amb l’aparició d’un esdeveniment i constitueixen un indicador neurofisiològic del processament subjacent a aquests estímuls.

«El vertader repte de la neurociència cognitiva és establir models sòlids sobre la cognició humana a partir dels quals puguen dissenyar-se experiments que expliquen com diferents àrees cerebrals interconnectades funcionen per a produir conducta»

D’altra banda, les neurones que s’estan comunicant activament necessiten nutrients per a funcionar i, donada la incapacitat per a emmagatzemar-ne, el cervell depèn del flux vascular. Així doncs, l’increment regional de l’activitat neural s’associa amb un increment local del metabolisme i el reg sanguini en aquesta regió cerebral. Les tècniques hemodinàmiques, principalment fMRI i PET, s’encarreguen de mesurar l’activitat d’origen metabòlic que es produeix en determinades parts del cervell com a conseqüència de l’activitat neuronal; és a dir, l’activitat d’una àrea del cervell s’infereix a partir de la quantitat de glucosa i oxigen que consumeix, substàncies que li arriben a través del flux sanguini.

El principi que subjau a ambdues tècniques és el mateix, és a dir, aquella part (o parts) del cervell encarregada de dur a terme una determinada tasca cognitiva augmentarà la seua activitat (i per tant el consum de glucosa i oxigen) respecte a l’activitat de fons. El fet que els processos que acompanyen aquestes activa­cions cerebrals siguen distints, com acabem de veure, fa que aquestes tècniques també diferesquen en la resolució. Les tècniques que depenen de l’hemodinàmica cerebral disposen d’una resolució temporal molt limitada, ja que l’increment en el flux sanguini comença uns segons després de l’inici de l’activitat neuronal; però, d’altra banda, el fet que no hi haja una sola neurona al cervell a la qual no arribe la xarxa de capil·lars sanguinis confereix a aquestes tècniques una alta resolució espacial. En canvi, les tècniques magnetoelèctriques presenten una alta resolució temporal, ja que informen sobre els canvis cerebrals mil·lisegon a mil·lisegon, però la resolució espacial és menor, ja que no tenen capacitat per a informar amb precisió de les àrees cerebrals activades.

Una solució per a salvar aquest obstacle consisteix en la combinació de tècniques. Per exemple, la combinació de potencials relacionats amb un esdeveniment i fMRI permet aprofitar la gran resolució temporal de la primera i la gran resolució espacial de la segona. Aquest avenç ha estat possible gràcies a la invenció d’elèctrodes no ferromagnètics que poden ser introduïts en el fort camp magnètic que es genera dins de l’escàner de fMRI.

La importància del disseny i la interpretació de resultats

Com hem vist, les tècniques d’enregistrament de l’activitat cerebral ens proporcionen informació sobre les zones del cervell que s’activen durant la realització de diverses tasques cognitives, així com de la temporalitat dels processos que es duen a terme. No obstant això, el mer coneixement de la localització de les peces d’un aparell electrònic, i del moment en què es posen en marxa, serveix per a tenir una idea de com funcio­na aquest aparell, però no proporciona una imatge completa del seu funcionament; ja que és necessari conèixer també el programa bàsic de funcionament que gestiona l’activitat dels distints components.

Per a fer un enregistrament electroencefalogràfic, és necessari col·locar uns elèctrodes en la superfície del cap, que seran els encarregats de detectar l’activitat cerebral subjacent. A més, es duu a terme un enregistrament oculogràfic que permet detectar moviments oculars que poden contaminar l’enregistrament, per a eliminar-los posteriorment. Després d’aconseguir baixar fins nivells acceptables (al voltant de 3KOhms) la resistència que ofereixen les diferents capes que hi ha des del teixit cerebral (font de l’activitat que volem enregistrar) a la superfície (lloc on col·loquem els elèctrodes), coamença l’enregistrament de l’activitat cerebral lligada als estímuls presentats./© Pilar Casado i Francisco Muñoz

Aquesta analogia és vàlida per a estudiar el funcionament cerebral. És evident que hem avançat molt en l’estudi de la funció cerebral gràcies a les dades que ens ha proporcionat el desenvolupament de tecnologies molt avançades. Però no és menys cert que les interpretacions i inferències realitzades a partir d’aquests resultats, a fi d’obtenir una idea sobre el funcionament cognitiu, no sempre han estat encertades.

Conegut és l’«estudi» realitzat per Craig Bennet, neurocientífic especialitzat en el camp del neuromàrqueting. Bennet va col·locar un salmó mort en un escàner i li va demanar que es fixara en les imatges que es mostraven en pantalla i tractara d’identificar les emocions en les cares de les persones que hi apareixien. Sorprenentment, per pur atzar, van aparèixer senyals d’activitat, justament en parts del cervell del salmó; òbviament, no hi havia cap activitat en aquell cervell, sinó que es van produir falsos positius, petits errors de mesurament que a vegades afecten algun dels vòxels, de la qual cosa es podria haver deduït que un salmó mort pot identificar emocions humanes. És evident que no es poden extraure conclusions d’aquest estudi sobre les «funcions cognitives» del salmó de l’Atlàntic.

Així doncs, es fa essencial tenir present que les dades obtingudes amb les tècniques de neuroimatge han de ser interpretades sota les premisses de dos principis almenys. En primer lloc, ha d’existir un model teòric sòlid i contrastat en el qual basar els estudis sobre la funció cognitiva, és a dir, conèixer l’activitat cerebral que subjau a una determinada tasca ha de tenir com a punt de partida un marc teòric que sustente els resultats i que permeta integrar-los de manera global. A més, s’ha de tenir en compte que en els experiments de neuroimatge són necessaris una metodologia i uns dissenys experimentals molt concrets i tancats, que impliquen l’aïllament de diferents components del processament cognitiu, per abordar millor el seu estudi. Però això pot conduir a una concepció errònia sobre el suposat caràcter «modular» i «encapsulat» de la cognició.

El paradigma experimental en els estudis de processament d’oracions amb potencials relacionats amb un esdeveniment (ERP) sol implicar la presentació d’aquestes oracions paraula per paraula, una de les quals presenta una anomalia semàntica o sintàctica i constitueix l’estímul diana sobre el qual es realitza el potencial relacionat amb un esdeveniment. A més, hi podem incloure tasques secundàries (escolta de música en aquest exemple), per veure com afecten aquestes al processament./© Pilar Casado i Francisco Muñoz

Seguint aquestes directrius, no són pocs els avenços aconseguits en l’estudi de les bases neurals de les funcions cognitives. Per citar-ne només una, que als autors ens resulta particularment pròxima, en els últims anys s’han ampliat els models de les bases neurals del llenguatge, sustentats bàsicament en estudis de lesions, que establien que el llenguatge és el producte de l’activitat d’una sèrie de centres i connexions entre ells, que es corresponien essencialment amb l’àrea de Wernicke, l’àrea de Broca i la seua unió mitjançant el fascicle arquejat. Així, recents estudis amb fMRI sobre el processament del llenguatge estableixen que aquest es produeix seguint un flux continu d’informació, que es difon des de zones perisilvianes, fonamentalment en l’hemisferi esquerre, cap a extenses regions de l’escorça cerebral (en realitat, quasi totes les regions corticals semblen susceptibles de participar-hi). Això inclou, per exemple, la implicació de l’hemisferi dret en el processament d’aspectes prosòdics del llenguatge, o fins i tot de zones frontals motores en el processament semàntic de paraules d’acció. D’altra banda, els paradigmes experimentals que permeten l’ocupació de la tècnica dels potencials relacionats amb un esdeveniment (ERP) per a l’estudi d’anomalies lingüístiques han permès identificar una sèrie de components dels ERP, indicadors dels processos subjacents, que estan ajudant a aclarir si els processaments semàntic i sintàctic interaccionen entre si, o no, i en aquest cas, quin ocorre primer.

A més, la combinació de noves tècniques d’imatge cerebral i els models més clàssics permeten, sense cap dubte, estudiar el processament del llenguatge des d’una perspectiva comparada. La tractografia per ressonància magnètica és un nou mètode amb què s’estudia l’orientació dels tractes nerviosos de substància blanca in vivo, és a dir, permet explorar les interconnexions entre diferents àrees de funció cerebral detectades mitjançant fMRI. Amb aquesta tècnica s’ha comprovat que el fascicle arquejat sembla haver evolucionat al cervell humà a partir de petits tractes que connecten les zones de Broca i Wernicke, ja presents al cervell del macaco, més abundants en el ximpanzé, i amb el màxim grau de desenvolupament en l’humà. En aquest sentit, una de les principals diferències entre els cervells de l’ésser humà i del ximpanzé és la notable expansió de les ramificacions posteriors del fascicle arquejat, particularment i notablement dins l’hemisferi esquerre, la qual cosa, segons sembla, ha exercit un paper clau en l’evolució del llenguatge humà.

«S’ha posat de manifest l’existència d’una gran quantitat d’àrees cerebrals implicades en qualsevol tipus de processament»

Però aquest és només un exemple per veure com es duu a terme aquesta nova forma d’estudiar el funcionament del cervell; la qual cosa ha conduït a realitzar experiments que ens permeten estudiar aspectes fins ara inexplorats. Com per exemple, les emocions i com aquestes influeixen en les relacions socials. En estudis recents del grup del professor Semir Zeki, s’ha descrit que hi ha un únic patró d’activació al cervell quan processem cares de persones que odiem, diferent del patró obtingut quan processem cares de persones que estimem, encara que hi ha àrees comunes. Això ens dóna una idea de per què amor i odi estan tan units entre si en la nostra vida diària. A més, quan sentim amor o odi es desactiven certes àrees corticals implicades en el raonament i la presa de decisions, per això no veiem els estímuls amats o odiats racionalment.

De tot això es conclou que, per a fer una correcta interpretació dels resultats en forma de mapes funcionals, haurem de conèixer, com estem argumentant, el model teòric que manegem des de bon començament. Amb això volem dir que la neurociència cognitiva ha de ser conscient de les limitacions dels models i de les tècniques que maneja. En tot cas, s’ha d’evitar caure en una nova frenologia, intentant associar funcions cognitives a un conjunt reduït d’àrees cerebrals concretes, ja que cada vegada hi ha més evidències a favor que aquestes funcions són possibles perquè una complexa xarxa d’àrees cerebrals s’encarrega dels processos neurals que subjauen en aquestes funcions.

En conclusió, les grans preguntes de la neurociència cognitiva sobre la funció cerebral han d’estar basades en la integració de les teories sobre els processos que proporciona la psicologia cognitiva i la correcta aplicació de les cada vegada més potents tècniques d’enregistrament i anàlisi de l’activitat cerebral actualment disponibles i de les que puguen desenvolupar-se en el futur.

Disseny experimental en neuroimatge: un exemple amb fMRI

La neuroestètica constitueix una nova branca del coneixement neurocientífic que s’encarrega d’estudiar la manera en què el cervell concep la bellesa, així com la base funcional per crear-la, processar-la i entendre-la. Això permet també entendre la base neurobiològica de l’experiència artística, la qual constitueix, dins de la immensa complexitat de les activitats humanes, una més de les que es pot dir que són genuïnament humanes.

Aquesta disciplina té el seu origen en un estudi pioner (Kawabata i Zeki, 2004) que va consistir a estudiar si hi havia àrees específiques del cervell que s’activaven quan els participants en la investigació visualitzaven quadres de diferents categories, retrats, paisatges… que prèviament havien considerat bells. Els resultats d’aquesta investigació mostraren que la percepció d’aquestes diferents categories implicava l’activació de distintes àrees visuals especialitzades en el processament i la percepció de cada categoria d’estímul, mentre que, independentment de la categoria, el fet de jutjar les pintures com a belles o no correlacionava amb l’activació d’estructures cerebrals específiques, principalment el còrtex orbitofrontal i el còrtex motor. D’açò s’extrau que les percepcions de la bellesa i de la lletjor, segons aquest estudi, activen les mateixes àrees cerebrals; allò que les diferencia és la intensitat amb què s’activen.

«La neuroestètica constitueix una nova branca del coneixement neurocientífic que s’encarrega d’estudiar la manera en què el cervell concep la bellesa»

No obstant això, la bellesa (i la lletjor) no és present només en l’art pictòric o de qualsevol altre tipus. També pot trobar-se en altres estímuls més naturals i per tant més adequats per a l’estudi de les bases cerebrals del processament estètic. Parlem de cares de persones. Seguint el plantejament descrit en l’estudi anterior, podem dissenyar un experiment en què proposem als nostres participants una tasca en què hagen de classificar cares de persones, que, prèviament (de 3 a 5 dies abans de passar per l’escàner), han catalogat com a belles, lletges o neutres.

Açò ens permetrà generar una sèrie d’hipòtesis en termes d’àrees cerebrals implicades en el processament perceptiu visual, presa de decisions, i la influència de les emocions en els processos cognitius relacionats amb un juí estètic. Si la bellesa és un atribut únic per al nostre cervell, el patró d’activacions trobat en els dos estudis ha de ser el mateix. Al contrari, si és dependent de l’estímul, trobarem un patró d’activacions específic per a les cares.

A fi d’acceptar (o falsar) aquesta hipòtesi, podríem dissenyar un experiment en què el participant s’introduiria en l’escàner de ressonància magnètica funcional (fMRI) i els estímuls li serien presentats per unes ulleres especials, alhora que se li demanaria que polse un de tres botons, per a cada un dels tres juís possibles: un per a «bell», un altre per a «lleig» i un altre per a «neutre». És molt important que el disseny experimental dispose d’una condició de control formada per estímuls que únicament varien en la condició que es pretén estudiar: el caràcter estètic. El contrast (la diferència) entre les activacions cerebrals durant el processament d’ambdós tipus de conjunts estimulars donarà lloc a l’activació neta cerebral, o activitat pura relacionada amb els processos cognitius i emocionals que estem estudiant.

Mapa d’activacions cerebrals esperable durant l’experiment. En la figura de l’esquerra apareixen totes les àrees que mostren activitat i en les de la dreta, aquelles que han passat el llindar de significació. En roig es mostren les àrees més actives durant la percepció de cares lletges («bell > lleig»), a la figura de dalt, i cares belles («lleig > bell»), a la figura de baix.

En aquest cas, un mapa d’activacions esperable seria el que il·lustra el requadre. En les imatges podríem observar un conjunt de colors roig-groc sobre les àrees actives, en relació al tipus de contrastos triats segons la nostra hipòtesi de treball. El contrast de condicions «bell > lleig» mostraria en roig les àrees que han estat més actives durant la percepció d’imatges de cares lletges. El contrari per al contrast alternatiu «lleig > bell». L’important en aquest punt és que, independentment del tipus de contrastos, les àrees mostrades s’han obtingut usant tècniques estadístiques (com el Statistical Parametric Mapping i molts altres), que permeten ajustar un nivell de significació concret (p < 0,05 o fins i tot p < 0,001) depenent del rigor que l’investigador vulga aplicar a l’hora de descartar activacions casuals. Fixeu-vos en les figures de la part esquerra en què apareixen totes les àrees que mostrarien activitat. Les nostres inferències només hauran de basar-se en aquelles que hagen passat el llindar de significació, és a dir, les àrees que apareixen a la dreta de les figures.

D’aquesta forma podriem raonar que el principal resultat d’aquest experiment seria que el juí d’imatges de cares belles sobre les lletges comporta l’activació de regions frontals superiors de l’hemisferi esquerre. D’altra banda, el patró d’activació durant el juí d’imatges de cares lletges sobre les belles s’associaria amb activacions en regions posteriors com el parietal inferior i la cissura calcarina de l’hemisferi esquerre.

Podríem concloure que el juí estètic d’una imatge d’una cara comporta l’activació diferencial d’àrees cerebrals, segons la seua bellesa/lletjor: en el juí de la bellesa, les àrees activades són de naturalesa executiva prefrontals, mentre que per al juí de la lletjor les àrees activades són de naturalesa perceptiva visual.

Aquests resultats coincideixen en gran manera amb l’estudi de Kawabata i Zeki; així doncs, podríem hipotetitzar que els humans comptem amb un sentit abstracte de la bellesa/lletjor, independentment de quina siga la font: una obra musical, pictòrica o un estímul visual, com les cares d’aquest estudi.

Per a arribar a aquestes conclusions i, sobretot, donar-les per vàlides, hem hagut de dissenyar i executar l’experiment de manera rigorosa. De fet, la primera circumstància marca decisivament la segona. I és que estudiar un camp tan relliscós com són les funcions mentals exigeix un control experimental exquisit.