Científicos solucionan el misterio de cómo los peces oyen en estéreo.

Se sabe que debajo el agua el sonido se propaga más rápido, no hay diferencia de volumen y tiempo de llegada a los oídos.

Un grupo de Neurocientíficos han resuelto el misterio de la localización de fuentes de sonido bajo el agua, mecanismo ausente en los humanos, describiéndolo en el sistema auditivo de un diminuto pez, lo cual ha sido publicado en la revista Nature.

Fotografías Imagen superior, Danionella cerebrum. Los peces sólo pueden detectar el eje a lo largo del cual se mueve el sonido pero no la dirección. Tomadas de Wikimedia Commons y Xinhua, respectivamente.

Cuando estamos bajo el agua, los humanos no podemos determinar de dónde proviene un sonido, el cual viaja allí unas cinco veces más rápido que en la tierra. Eso hace que la audición direccional, o localización del sonido, sea casi imposible porque el cerebro humano determina el origen de un ruido analizando la diferencia de tiempo entre su llegada a un oído y al otro.

Por el contrario, los estudios de comportamiento han demostrado que los peces pueden localizar fuentes de sonido como presas o depredadores, ello se infiere es consecuencia de las armas que le brida su cerebro.

"Danionella cerebrum", es un pez que mide unos doce milímetros, que es casi completamente transparente durante toda su vida, y es nativo de los arroyos del sur de Myanmar, tiene el cerebro vertebrado más pequeño conocido, pero aun así muestra una serie de comportamientos complejos, incluida la percepción de la comunicación por sonido.

Eso, y el hecho de que los científicos pueden ver directamente dentro de su cerebro, dado que tanto la cabeza, como el cuerpo son casi transparentes, lo tornan interesante para la investigación del órgano.

El profesor Benjamin Judkewitz, neurobiólogo de Charité-Universitätsmedizin Berlin, y su equipo utilizan a los diminutos peces como una ventana a cuestiones fundamentales, como la comunicación entre las células nerviosas.

Su trabajo más reciente está dedicado al desarrollo del sentido del oído y a la cuestión, que lleva décadas en pie, de cómo los peces pueden localizar una fuente de resonancia bajo el agua. Los modelos de audición direccional de los libros de texto anteriores no son suficientes cuando se aplican a entornos submarinos.

Desde el canto de las ballenas hasta el trino de los pájaros o un depredador acechando a su presa, cuando el sonido se emite desde una fuente, se propaga al medio que la rodea en forma de oscilaciones de movimiento y presión. Esto se puede sentir incluso colocando una mano sobre el cono de un altavoz.

Se produce la vibración de partículas, el aire adyacente se mueve: esto se conoce como velocidad de partículas, la densidad de éstas también cambia a medida que el aire se comprime. Esto se puede medir como presión sonora.

Los vertebrados terrestres, incluidos los humanos, perciben la dirección del sonido principalmente comparando el volumen y el tiempo en que la presión sonora llega a ambos oídos. El ruido suena más fuerte y llega antes al oído más cercano a la fuente sonora, sin embargo, esta estrategia no funciona bajo el agua.

Allí el sonido se propaga mucho más rápido y no queda amortiguado por el cráneo. Esto significa que los peces tampoco deberían tener capacidad de audición direccional, ya que prácticamente no hay diferencia de volumen y tiempo de llegada entre sus oídos. A pesar de ello, se ha observado audición espacial en estudios de comportamiento de varias especies.

Explicó Johannes Veith, uno de los dos primeros autores del estudio actual: “Para averiguar si un pez puede determinar la dirección del sonido y, sobre todo, cómo, construimos altavoces submarinos especiales y reproducimos ruidos cortos y fuertes. A continuación, analizamos con qué frecuencia evita "Danionella" al altavoz, es decir, reconoce la dirección de donde proviene el sonido”.

Para los análisis, se utilizó una cámara para filmar a cada pez desde arriba y rastrear su posición exacta. Este método de seguimiento en vivo aportó una ventaja crucial: ahora el equipo podía localizar los ecos y suprimirlos.

Lo que los humanos perciben a través del tímpano es la presión del sonido, no la velocidad de las partículas. Los peces tienen un mecanismo auditivo completamente diferente: también pueden percibir la velocidad de las partículas. Cómo funciona esto exactamente en "Danionella cerebrum" fue revelado por imágenes tomadas con un microscopio de escaneo láser especialmente diseñado que digitaliza las estructuras dentro del oído del pez en un patrón estroboscópico mientras se reproduce un sonido".

"Cerca de un altavoz submarino, las partículas de agua se mueven de un lado a otro a lo largo de un eje orientado hacia y desde el altavoz. La velocidad de las partículas se mueve a lo largo de la dirección en la que se propaga el sonido".

"Un pez cerca del altavoz también se mueve con el agua, pero las pequeñas piedras en el oído interno conocidas como otolitos se mueven más lentamente debido a la inercia. Esto da como resultado un movimiento minúsculo detectado por las células sensoriales en el oído. El problema es que esto significa que el pez sólo puede detectar el eje a lo largo del cual se mueve el sonido, pero no la dirección desde la que proviene. Esto se debe a que el sonido es una forma de oscilación, un movimiento continuo de ida y vuelta".

"Y Este problema se resuelve analizando la velocidad de las partículas en función de la presión sonora actual, una de las diversas hipótesis que intentaron explicar el mecanismo involucrado en la audición direccional en el pasado. Resultó ser la única teoría que encajaba con los resultados de los investigadores".

Finalmente, dijo Benjamin Judkewitz: “La presión sonora pone en movimiento la vejiga natatoria comprimible, que a su vez es reconocida por las células ciliadas del oído interno. A través de este segundo canal auditivo indirecto, la presión sonora proporciona a los peces la referencia que necesitan para la audición direccional. Eso es exactamente lo que predijo un modelo de audición espacial de la década de los años setenta del siglo Veinte, y ahora lo hemos confirmado experimentalmente”.

El equipo también pudo demostrar que la audición direccional puede ser engañada invirtiendo la presión acústica; cuando eso sucedió, los peces pudieron percibir que ésta era la única que se podía percibir.

El tamaño del cerebro, no es indicativo absoluto de su funcionalidad, es la evolución que obliga al órgano a adaptarse al medio, de forma tal que permite se pueda sobrevivir en él.

Este conocimiento nos pone en guardia sobre la información que debemos considerar para realmente comprender el camino evolutivo. Dentro de aquellas explicaciones que nos hablan de eventos cuánticos en la mente de los seres vivos, incluidos por supuesto el ser humano, tenemos lo propuesto en la "Teoría Cuántica de la Consciencia" de Roger Penrose y Stuart Hameroff, llamada "Reducción Objetiva Orquestada" (Orch OR), la cual afirma que la Computación Cuántica en el cerebro explica la consciencia. La comunicación entre neuronas mediante la secreción de neurotransmisores se realiza a través de vesículas sinápticas distribuidas a lo largo de sus axones. El "citoesqueleto" de las neuronas juega un papel clave en la dinámica de estas vesículas. Fue durante los años noventas del siglo pasado que, Stuart Hameroff (nacido del 16 julio 1947), psicólogo en la Universidad de Arizona, en Tucson, y Roger Penrose (nacido 8 agosto 1931), físico matemático en la Universidad de Oxford, y ganador el Premio Nobel de Física en el año 2020, propusieron que los "microtúbulos", que son las unidades más pequeñas del "citoesqueleto", actuan como canales para la transferencia de información cuántica responsable de la consciencia.

El "Citoesqueleto" interacciona intensamente con moléculas de agua, metabolitos y proteínas motoras, como las kinesinas. Estas interacciones son estructurales, de señalización, y a veces modifican el propio citoesqueleto. No existe ningún mecanismo conocido que proteja a los microtúbulos, que son tubos rígidos compuestos de la proteína tubulina, de la "decoherencia cuántica", la destrucción inducida por el entorno de la coherencia cuántica, el inevitable acoplo de un sistema cuántico con su entorno. En la Computación Cuántica es necesaria la coherencia cuántica para usar la superposición de estados cuánticos con objeto de resolver ciertos problemas mucho más rápido que en su homóloga clásica.

Entonces, se puede resumir que la Teoría de Hameroff-Penrose propone que la conciencia emerge de la reducción orquestada de la coherencia cuántica en los microtúbulos cerebrales. SPo ello, en este modelo, la conciencia no es computacional, sino que surge a una escala global, afectando a todas las neuronas y sus conexiones de manera colectiva.

Aún falta mucha experimentación para poder llegar a escribir una conclusión sobre la validez de la teoría, pero hoy día sigue dando material para reflexionar con desapego a los paradigmas vientes.