Neuromúsica: La música en la investigación cerebral

Imaginaos cómodamente sentados en una cafetería o bar que tiene la televisión encendida. Estáis pensando en vuestras cosas, leyendo el periódico, saboreando el café con pincho de tortilla o hablando con un amigo cuando de repente escucháis una cancioncilla de fondo. Tras un momento, os dais cuenta de que es una canción que solíais escuchar hace unos años, cuyo estribillo ahora ha sido transformado —tal vez con muy poca fortuna—en la melodía pegadiza de un anuncio. Es posible que la experiencia estética asociada a esta escucha no sea destacable. Sin embargo, la facilidad y rapidez con que nuestro sistema nervioso ha realizado el análisis de esta información acústica no hacen justicia a la inmensa complejidad de dicho análisis.

Reflexionemos: la musiquilla que hemos reconocido estaba sonando en un marco de ruido irrelevante, así que lo primero que hemos hecho ha sido aislarla del fondo, de una realidad estimular muy compleja llena de ondas sonoras donde la música no es más que unas cuantas ondas más. Aparte, hemos identificado el patrón de sonidos de la canción, aunque ninguno de los elementos que han llegado a nuestros oídos son los mismos que originalmente se codificaron en la memoria (el tempo, la tonalidad, el timbre de los instrumentos puede ser muy distintos, igual no queda ni uno de los instrumentos que usaban en el original). Si la canción tiene letra, hemos tenido que separar el componente tonal del componente hablado. Tal vez esa canción nos ha despertado algún recuerdo (en el futuro, si la adaptación comercial está bien hecha, nos recordará el producto anunciado)

¿Y si canturreamos la canción mientras suena? Estamos convirtiendo la información que nos llega en forma de ondas acústicas en una seria de patrones motores que la reproducen sirviéndose de nuestra musculatura vocal. Finalmente, la cancioncilla puede evocar una serie de experiencias emocionales en un amplio rango que pueden ir de la tristeza a la alegría, del disfrute a la molestia. En suma, una gran cantidad de procesos que a priori podrían parecen muy simples y que son llevados a cabo en apenas un segundo. En realidad, los numerosos procesos cognitivos empleados en reconocer y escuchar esta canción son muy complejos y están lejos de ser entendidos.

El ejemplo superior lo he sacado, adaptado y traducido de un capítulo de un libro de Robert Zatorre y Jean Zarate publicado en el año 2012,1 aunque todo esto viene de más antiguo, concretamente de la década de los 80 del siglo pasado. Tras la revolución neurocientífica de la década de 1980, la música como herramienta de estudio del cerebro no tardó en ganar popularidad como una forma de investigación más ilustrativa del funcionamiento del sistema nervioso como substrato de la actividad psíquica subjetiva de una persona. En esa década y en la siguiente, algunos científicos ya empezaron a plantearse el utilizar nuevas realidades estimulares complejas para estudiar el cerebro y la mente. Comenzó el empleo de ciertos estímulos que, aunque no se encontrasen de forma natural en el mundo real, producían una interacción muy curiosa y compleja entre diversos mecanismos y regiones del cerebro cuando éste procedía a procesarlos, identificarlos y significarlos.

Lo que comenzó tímidamente en la década de los 80 continuó a lo largo de la década de 1990, momento en el que una nueva revolución, propiciada por avances espectaculares en las técnicas de neuroimagen, permitió observar muchas cosas de manera completamente novedosa. Ahora los científicos eran capaces de examinar el cerebro con más o menos precisión y minuciosidad, en tiempo real o con un ligero retraso, y mediante técnicas tan diversas como pueden ser la radiografía espectral de marcadores químicos específicos, la detección de patrones de cambio y actividad electromagnética, o la simple detección mejorada de pulsos eléctricos y magnéticos.

Las implicaciones de esto no se hicieron esperar. Frente a una vanguardia científica teórica con nuevos paradigmas que permitían una aproximación innovadora, los propios avances de la ingeniería de imágenes propiciaron el florecimiento de muchos campos nuevos dentro de la neurociencia. La música como paradigma de investigación no fue ninguna excepción, y pronto el entusiasmo sobre su utilidad para responder a ciertas preguntas se extendió por el mundo científico. En la primera década del s.XXI la tendencia continuó: decenas de científicos, equipos y laboratorios comenzaron a investigar el cerebro utilizando la música, usando desde sujetos completamente legos en la materia como expertos consolidados en el mundo artístico. Las publicaciones sobre el tema no dejaron de crecer. Lo que empezaba a despegar con fuerza la década anterior se consolidó dentro de la comunidad científica y a día de hoy sigue pisando con fuerza. La música parece que sigue inspirando a muchos científicos, y lo que de entrada parece un fenómeno difícil, reconciliar arte y ciencia para que avancen de la mano, parece ser que se está dando, y que sigue generando discusión.

¿Pero cómo empezamos a pensar musicalmente en el cerebro? Primero de todo hay que entender que el cerebro no es un órgano estático. La idea actual del cerebro en particular y del sistema nervioso en general es que se trata de un sistema dinámico, con posibilidad de adaptarse y modificarse según las circunstancias, el entorno y las operaciones que deba llevar a cabo. A esta capacidad del cerebro de alterar sus conexiones nerviosas y generar o modificar rutas nerviosas la llamamos plasticidad. Por tanto, se usará este paradigma para explicar los cambios conductuales debidos a la experiencia, ya sea por aprendizaje o mediante entrenamiento. Hay un interés especial en el aprendizaje musical como forma de estudio de la plasticidad en el cerebro humano. Al fin y al cabo, escuchar, interpretar o componer música está relacionado con infinidad de aspectos cognitivos. Hasta el tarareo más simple de una melodía familiar precisa de mecanismos complejos de procesamiento de patrones auditivos, atención, mecanismos de almacenamiento y recuperación de información, planificación y ejecución motora, integración sensorio-motora y muchos más.2

Además, existe un tipo de fenómeno muy inusual denominado amusia, que consiste en una lesión particular en regiones de la corteza auditiva que desembocan en un problema muy selectivo de interpretación de la información. Los individuos con esta lesión son capaces de entender y producir el habla normalmente y no sufren problemas en la detección de sonidos cotidianos. No obstante, son incapaces de percibir notas desafinadas en una melodía, de identifcar la más conocida de las canciones y hasta de significar un estímulo musical, percibiendo todo como ruido desordenado. Incluso esta incapacidad puede estar presente en el individuo de forma congénita, y en ocasiones el déficit parece estar presente a lo largo de varias generaciones de la misma familia, lo que indicaría un componente genético.3 Esto sugiere también que al hablar de música tratamos con un proceso cerebral determinado: al fin y al cabo estamos utilizando uno de los paradigmas más antiguos de discriminación (e investigación) de funciones cerebrales: las consecuencias de lesiones cerebrales.

Teniendo presente que podemos tener un modelo muy útil para estudiar la plasticidad fruto de la experiencia en seres humanos, la música tiene otras características muy interesantes que invitan a utilizarla como método de investigación: El procesamiento musical integra muchos sistemas sensoriales y motores, aparte de muchos procesos cognitivos de primer orden, lo que permite estudiar muchas cosas dentro de un único marco. Es importante tener en cuenta que la música es un estímulo muy complejo que requiere una percepción muy específica y muy detallada. Su ejecución precisa de un control motor muy minucioso, lo cual puede reducir variables ajenas. Por otro lado, el marco musical permite el estudio del efecto del entrenamiento a corto y a largo plazo. Los músicos expertos sacan partido a la extraordinaria cantidad de tiempo invertido en la práctica de su instrumento, lo que sirve como un excelente modelo para estudiar la práctica a largo plazo en una tarea auditiva-motora muy específica. Aparte, el entrenamiento motor y auditivo en contextos musicales es bastante sencillo y seguro de administrar en un laboratorio o en un contexto clínico para los participantes en una investigación sobre los efectos del aprendizaje a corto plazo.4 Ello hace muy atractiva esta propuesta de investigación, al ser bastante segura y muy poco invasiva.

Finalmente, las consecuencias comportamentales del entrenamiento pueden ser medidas sin ningún inconveniente utilizando tareas tanto psicofísicas como cognitivas. Esto permite vincular la función cerebral y la estructura con el comportamiento. Asimismo, las técnicas de neuroimagen, a pesar de sus limitaciones, nos dan una gran ventaja al permitirnos simular y observar aspectos múltiples de la actividad neuronal y de la estructura de la materia blanca y gris, lo que posibilita también el análisis de la funcionalidad de redes de conexiones de largo alcance. Igualmente, modelos muy recientes sobre la cognición están empezando a ser aplicados al estudio de la organización de redes cerebrales. Al fin y al cabo, el cerebro, tanto estructural como funcionalmente, tiene muchas características que lo asemejan a una red neuronal inmensa con una topología muy compleja de núcleos conectados y organizados modularmente en cierto nivel.5

De hecho, algo tan común como golpear rítmicamente con el dedo o con el pie al compás de una melodía que está sonando no suele suceder cuando se tiene un estímulo visual rítmico. Este ejemplo sugiere una conexión entre los sistemas motor y auditivo en el dominio del tiempo. Esto muestra de las relaciones de feedforward (compensación) entre el sistema auditivo y el motor, sistemas que tienen rutas alternativas y muy diferenciadas en el cerebro, cosa muy interesante, ya que mediante la música podremos estudiar cómo circuiterías completamente aisladas la una de la otra interaccionan para formar un todo perceptible. En base a esta interacción muchos modelos se han propuesto, gran parte de ellos específicamente para el habla humana.6

No obstante, evitaré esos modelos: una diferencia primordial con el habla es que la música está rítmicamente estructurada en una elaborada jerarquía basada en patrones de golpes fuertes o débiles, jerarquía extensible a muchas frases y medidas. El ejemplo de antes de golpear con el pie, en que grosso modo podríamos decir que se basa esta jerarquía (esto último es muy matizable de todas formas) parece un comportamiento único de los humanos y algo habitual incluso en personas sin formación musical alguna. Algo tan simple requiere extraer información temporal del estímulo y usarla para hacer predicciones sobre la métrica. De hecho existe evidencia experimental de que las secuencias musicales son planificadas y ejecutadas siempre según esta métrica.7 Por tanto tenemos una precisión temporal esencial, y de hecho podemos suponer la existencia de mecanismos de retroalimentación auditiva para la corrección de errores que funcionan también con mucha precisión. Por último, hay que decir que este tipo de métrica predictiva del tiempo, muy precisa, no se da en otras modalidades en las que los dos sistemas interactúan, como podría ser el habla humana. Parece ser propia de la música, y tal vez de formas altamente elaboradas de expresión oral como podría ser la poética.

Tenemos pues caracterizado un estímulo que parece ser único y muy rico al mismo tiempo para estudiar interacción multimodal de sistemas a nivel cerebral. Esto ya ha sido advertido por muchos neurocientíficos que lo emplean para generar modelos o validar hipótesis en muchos niveles. Existen diversos modelos acerca de la interacción multimodal entre sistema motor y auditivo, y ha habido muchos investigadores que han buscado correlatos neurales, ya sea buscando patrones de actividad cerebral para la producción y la percepción; estudiando el entrenamiento musical, donde existen muchos estudios de neuroimagen con muy diversas técnicas (MEG, fMRI, TMS…) que observan diversas consecuencias del entrenamiento musical, o estudiando la imaginería de los sistemas motores y premotores.8

Para cerrar el artículo volveré a Robert Zatorre, investigador de referencia en el campo de la música y las ciencias cognitivas, quien además tiene el detalle de tener mucha de su bibliografía abierta en su página web:

“Tendemos a considerar el arte y la cultura desde una perspectiva histórica o humanística por encima de su perspectiva biológica. Sin embargo estos productos tienen su origen en la función y la estructura del sistema nervioso. Así, deberían poder aportarnos ideas científicas muy valiosas. Esta línea de pensamiento es evidente, más que en cualquier otro sitio, en la neurociencia de la música”.

REFERENCIAS Y BIBLIOGRAFÍA
1 Robert J ZATORRE y Jean ZARATE. “Cortical Processing of Music”, en David POEPPEL, Tobias OVERATH y otros, The Human Auditory Cortex. Springer Handbook of Auditory Research, vol 43, Springer, pp. 261-294.
2 Robert J. ZATORRE, “Music, the food of neuroscience?” en Nature 434 (2005), pp. 312–315.
3 Dennis DRAYNA, Ani MANICHAIKUL, Marlies DE LANGE y otros, “Genetic Correlates of Musical Pitch Recognition in Humans” en Science 291 (2001) pp. 1969-1972.
4 Sibylle C. HERHOLZ y Robert J. ZATORRE, “Musical Training as a Framework for Brain Plasticity: Behavior, Function, and Structure” en Neuron 76 (2012), pp. 486-502.
5 Ed BULLMORE y Olaf SPORNS, “Complex brain networks: graph theoretical analysis of structural and functional systems”, en Nature Review Neuroscience 10 (2009), pp. 186–198.
6 Véase Gregory HICKOK y David POEPPEL, “Dorsal and ventral streams: a framework for understanding aspects of the functional anatomy of language” en Cognition 92 (2004), pp. 67–99. También, Jane E. WARREN, Richard J.S. WISE y Jason D. WARREN, “Sounds do-able: auditory-motor transformations and the posterior temporal plane” en Trends in Neurosciences 28 (2005), pp. 636–643.
7 Pascal BELIN y Robert J. ZATORRE, “‘What’, ‘where’, and ‘how’ in auditory cortex.” en Nature Neuroscience 3 (2000), pp. 965–966.
8 Robert J. ZATORRE, Joyce L. CHEN y Virginia B. PENHUNE “When the brain plays music: auditory-motor interactions in music perception and production” en Nature Review Neuroscience 8 (2007), pp. 547–558.