¿Los animales tienen imaginación?: cómo funciona el sistema que combina realidad virtual y una interfaz cerebro-máquina

Una persona que reparte cartas o que hace entregas rápidas en moto recibe consignas que la llevan a imaginar los recorridos que tendrá que hacer en la ciudad. Así pone en juego la capacidad para imaginar y planificar el futuro inmediato. Pero los seres humanos no serían los únicos seres vivos que tienen imaginación.

Un nuevo estudio que fue realizado por investigadores de los Estados Unidos sugiere que las ratas también tienen imaginación. Sí, las ratas, los seres vivos que -desde la perspectiva humana- generalmente se perciben como plagas asociadas a la suciedad (incluso su nombre se usa como insulto) o a enfermedades como la leptospirosis.

Pero también son los animales que han sido usadas y sacrificadas en investigaciones científicas y han permitido descubrimientos o evaluaciones de medicamentos.

Los científicos publicaron el estudio en la revista Science y pertenecen al Instituto Médico Howard Hughes y al Departamento de Neurología del Centro Médico Beth Israel Deaconess en Boston. Desarrollaron un sistema que combina la realidad virtual y una interfaz cerebro-máquina para monitorear los pensamientos internos de la rata.

Con esa herramienta, detectaron que, al igual que los humanos, los animales pueden pensar en lugares y objetos que no están justo delante de ellos. Comprobaron que usan sus pensamientos para imaginar que caminan hacia un lugar o mueven un objeto remoto a un punto específico.

En diálogo con Infobae desde los Estados Unidos, el primer autor del estudio, el doctor Chongxi Lai, contó que el sistema podría tener más aplicaciones en otras especies. “Es compatible con varias formas de electrodos de alta densidad, que pueden implantarse en diferentes especies, incluidos los humanos”, precisó.

La interfaz cerebro-máquina -detalló- “consta de tres componentes: los electrodos de alta densidad implantados en el cerebro del animal; un procesador de señales neuronales de baja latencia que convierte datos sin procesar en un patrón de impulsos; y un decodificador neuronal en tiempo real que traduce los patrones de impulsos de numerosas neuronas a ubicaciones coordinadas”.

Antes del estudio, se sabía que cuando una persona se mueve en un lugar, las células del hipocampo del cerebro se activan. Esas células siguen patrones particulares en función de la ubicación. Así se consideraba que los mapas mentales se van codificando en el hipocampo.

Se creía que las ratas también podían codificar información espacial en el hipocampo. Pero había sido imposible determinar si esos animales tenían una capacidad similar de navegación mental voluntaria a los humanos ya que resultaba difícil hacer que un roedor piense en un lugar concreto cuando se le indicaba, de acuerdo con el doctor Lai.

Junto con el neurocientífico Albert Lee y colegas, encontraron una forma de superar la dificultad al crear la interfaz cerebro-máquina que recompensaba a las ratas por navegar por su entorno utilizando sólo sus pensamientos.

Implantaron electrodos en 128 puntos del cerebro de las ratas. Esos electrodos se conectaron a la máquina que leía la actividad cerebral de cada ejemplar y aprendía los patrones específicos generados cuando el roedor se desplazaba de un lugar a otro. En cada lugar, el cerebro de la rata producía un patrón único de diferentes células que se disparaban a distintos niveles de intensidad.

La máquina permitió a los investigadores comprobar si una rata podía activar la actividad del hipocampo sólo con pensar en un lugar de la arena sin ir físicamente. Esto es ayudó a detectar si el animal era capaz de imaginar que va a ese lugar.

Una vez desarrollado el sistema de interfaz, los investigadores tuvieron que crear un “diccionario de pensamientos” que les permitiera decodificar las señales cerebrales de la rata. Este diccionario recopila cómo son los patrones de actividad cuando la rata experimenta los lugares en el escenario de realidad virtual.

El sistema de realidad virtual fue diseñado por Shinsuke Tanaka, el segundo autor del trabajo. La rata es introducida allí y camina por una cinta esférica. Sus movimientos se reflejan en la pantalla de 360 grados. Y es recompensada cuando llega a su objetivo.

Al mismo tiempo, el sistema de interfaz registra la actividad del hipocampo del animal. Así los investigadores pueden observar qué neuronas se activan cuando la rata navega por la arena para alcanzar cada objetivo.

Luego, desconectan la cinta y recompensan al animal por reproducir el patrón de actividad del hipocampo asociado a la localización de un objetivo.

Llamaron “Jumper” a esa tarea por una película de 2008 del mismo nombre en la que el protagonista, David, tiene capacidad para “teletransportarse” de un lugar a otro. En el experimento, la máquina de interfaz tradujo la actividad cerebral del animal en movimiento en la pantalla de realidad virtual. Esencialmente, el animal utilizó sus pensamientos para llegar a la recompensa. Imaginó primero adónde tenía que ir para conseguirla, de acuerdo con los investigadores.

Hubo una segunda tarea, que los científicos llamaron “Jedi” -con un guiño a la película La Guerra de las Galaxias del director George Lucas. En el film los Jedi son poderosos guardianes con capacidad para mover objetos con la mente, y conectarse con los pensamientos de ciertas personas.

En la tarea Jedi de la experimentación, la rata estaba fija en un lugar virtual, pero movió un objeto hasta un objetivo en el espacio de realidad virtual controlando su actividad hipocampal, como si fuera una persona sentada en su oficina que imagina que va a tomar una taza junto a la cafetera y a llenarla de café, según compararon los investigadores.

Más adelante, los investigadores cambiaron la ubicación del objetivo. Le exigieron al animal que produjera patrones de actividad asociados a la nueva ubicación.

Descubrieron entonces que las ratas pueden controlar con precisión y flexibilidad su actividad del hipocampo. Son capaces de mantener sus pensamientos en un lugar determinado durante muchos segundos, un tiempo similar al que los humanos tardan en revivir acontecimientos pasados o imaginar nuevos escenarios.

“El objetivo principal de toda la investigación fue contar con un modelo animal para la imaginación humana, de modo que podamos usar herramientas para estudiar su mecanismo cerebral sobre cómo sucede”, señaló el doctor Lia a Infobae. “Podría tener alguna aplicación médica en entornos clínicos para un mejor control cognitivo o una interfaz personalizada cerebro-máquina”, agregó.

Al conocerse los resultados del estudio en Science en ratas, ¿podría entonces afirmarse que todos los animales tienen imaginación?

Para el zoólogo argentino e investigador en ecología del comportamiento de la Universidad de Oxford, en el Reino Unido, Alex Kacelnik, se puede decir que los cuervos también tienen imaginación “en el sentido en que son capaces de inventar soluciones nuevas a problemas”.

Hemos observado -dijo Kacelnik a Infobae- que cuando hay un trozo de comida fuera de su alcance, y tienen alrededor tubos cortos de distinto tamaño, a los cuervos se les ocurre ensamblar uno dentro de otro para hacer una herramienta telescópica con la que llegan a la comida y solucionan su problema. Eso quiere decir que anticipan las propiedades de la herramienta antes de que exista, o sea que deben usar modelos mentales para imaginarla”.

Además, “si observan algo posiblemente peligroso como una víbora de plástico, los cuervos buscan una rama y la tocan desde lejos. Evitan investigarla con el pico por si fuese a atacarlos”, comentó. “Los días en que se creía que solo el ser humano o los primates poseían capacidades de mostrar comportamiento lógico, creativo, y flexible, han quedado atrás en las últimas décadas”, sostuvo Kacelnik.

En cambio, el doctor Emilio Kropff, que es investigador del Conicet en fisiología y algoritmos del cerebro en la Fundación Instituto Leloir en Buenos Aires, planteó limitaciones del trabajo publicado.

“Me parece que la palabra imaginación es amplia y en este caso un poco engañosa. Lo que estan estudiando son mecanismos que nos sirven para planificar trayectorias dentro de un ambiente que conocemos. Creo que mucha gente podría discutir que tener imaginación es algo que va un poco más allá, que tiene que ver con conectar pedazos de información que antes no tenían nada que ver unos con otros. Si pienso en una princesa astronauta estoy usando la imaginación. Pero si planifico cómo ir desde mi casa a la parada del bus ¿es lo mismo?”, dijo Kropff.

El científico igualmente consideró que el estudio en ratas es “interesante” y “es un paso más en ir entendiendo cómo funciona lo que en la década de 1970 y en base a muy poca evidencia los visionarios John O’Keefe y Lynn Nadel denominaron el mapa cognitivo. No es un mapa pasivo como el que está impreso en un papel sino uno interactivo en el que se puede realizar operaciones como, por ejemplo, planificar rutas y simular experiencias”.

Otro cuestión es que si damos por hecho que las ratas (u otros animales) tienen imaginación, ¿se puede seguir usándolas en la investigación científica como si nada les pasara?

Antonio J. Osuna Mascaró, investigador español y especialista en cognición animal de la Universidad de Medicina Veterinaria de Viena, en Austria, consideró que el resultado fue “fabuloso”. Porque es la primera evidencia de uso voluntario de la imaginación en una especie distinta del ser humano. Sin embargo, planteó el dilema ético de usar animales en experimentación.

“En mi opinión, es un problema complejo, y -aunque nos pese- los problemas complejos no suelen tener soluciones sencillas. En mi experiencia, todo aquel que cree que este problema tiene una solución sencilla es porque no conoce en profundidad ambas posiciones, la que está a favor y la que está en contra”, expresó Osuna Mascaró.

“En el bienestar animal se lucha por impulsar las llamadas tres R: reemplazar, reducir y refinar. Reemplazar los animales de experimentación por otros organismos menos complejos (o, en una situación ideal, por una simulación informática), reducir el uso de animales de experimentación siempre que sea posible, y refinar la forma en la que se tratan estos animales”, puntualizó.

En su caso, el científico investiga la cognición animal en un centro donde la investigación con animales no está permitida. “No llevamos a cabo ningún estudio invasivo, por mínimamente que sea. Pero soy consciente de que la ciencia requiere de la investigación para avanzar, y de esa investigación depende no solo el bienestar humano, en ocasiones también el de otras especies”, admitió.

“El problema con las ratas es que hemos alcanzado un conocimiento de su cognición asombroso, y su vida interior es compleja, rica en emociones, pensamientos, y recuerdos. Pero seguimos tratando a las ratas como cuando creíamos que eran simples autómatas guiadas por el aprendizaje asociativo”, subrayó Osuna Mascaró.

Los resultados del nuevo estudio -anticipó- “van a favorecer que las ratas sean tratadas mejor a nivel internacional. Cambiará un poquito la forma en la que la gente piensa en ellas. Pero en lo que respecta al trato que han recibido, hay aspectos de este estudio que son mejorables. En mi opinión, las ratas (y con ellas el resto de mamíferos) deben de ser tratadas mejor, quizás como se trata a los primates”.