¿Cuál es la velocidad de obturación del ojo? ¿No has considerado nunca esta cuestión? A fin de cuentas, en algunos aspectos el ojo funciona como una cámara fotográfica. Los aficionados a la fotografía saben que la velocidad de obturación y la apertura del diafragma son dos factores cruciales para una exposición apropiada. La mayoría de nosotros sabe que el iris del ojo controla la apertura, pero, ¿qué controla la velocidad de obturación?
Esto es mucho más complicado en el caso del ojo, porque es un sistema de toma de imagen en movimiento. Las películas comerciales generalmente se toman a 24 fotogramas por segundo, pero nuestro cerebro percibe la secuencia de imágenes fijas como una entrada continua de movimiento. ¿Significa esto que nuestros ojos tienen una velocidad de obturación inferior a 24 fotogramas por segundo? Esto no es posible, porque observamos la vibración cuando una cámara toma una escena panorámica demasiado rápidamente. ¿Dónde están los controles para la velocidad de obturación en nuestro sistema visual? Y, si el ojo es similar a una cámara de video, ¿es análogo o digital?
Con el fin de elucidar estos extremos, un equipo de cientificos de Harvard, Cornell, Universidad Estatal de Nueva York y Universidad de Connecticut examinaron la respuesta de las neuronas en el ojo mamífero cuando observaba ruido uniforme estático en distinción a una película de movimiento natural. Sus resultados, publicados en Nature,1 fueron sorprendentes: el ojo tiene una velocidad variable de obturación en la gama de los milisegundos,2 y nuestro sistema visual es digital. Su conclusión resultará familiar a los audiófilos y a los aficionados a la alta definición familiarizados con las frecuencias de muestro de CDs y DVDs:
La precisión relativa puede ser una característica general de la comunicación sensorial de las neuronas, en la que una entrada análoga (el estímulo sensorial) se codifica mediante lo que es esencialmente una señal digital (el tren de impulsos eléctricos de las neuronas). En este contexto, la precisión temporal de las respuestas de las neuronas es conceptualmente similar al problema del muestreo digital, en el que las frecuencias de codificación deben doblar al menos la de la información de la señal análoga debido al límite de Nyquist.3 Desde esta perspectiva, los mecanismos que generan precisión neuronal ... que parecen hacer más complicada la codificación de la información visual, pueden en realidad servir para proporcionar medios más fáciles para que las neuronas corriente abajo decodifiquen esta información.
En otras palabras, la frecuencia de muestreo del sistema visual tiene una precisión más de dos veces superior a la de la señal de entrada. Esto es necesario para permitir al cerebro extraer la máxima cantidad de información a partir de la señal de entrada. Un CD o DVD de altas prestaciones sonará o se verá menor a una elevada frecuencia de muestreo. Del mismo modo, el ojo muestrea el campo visual de forma adecuada para preservar la máxima cantidad de información procedente de la entrada. Los audiófilos saben que una elevada frecuencia de muestreo, aunque es buena, tiene inconvenientes; la CPU o el lector deben tener la capacidad suficiente para la correspondiente mayor afluencia de datos. Por cuanto el campo de visión de los mamíferos puede variar desde ruido estático hasta un campo en rápido movimiento repleto de información, las neuronas ajustan automáticamente una «velocidad de obturación» variable para adaptarse al contenido en información de la escena. Como resultado conseguimos unas prestaciones óptimas dentro de los límites físicos de la biología celular: «el contenido de frecuencia del estímulo determina la escala temporal a la que se tiene que especificar la respuesta para reconstruir el estímulo con fidelidad».
Este artículo no decía nada acerca de cómo este sistema pudo haber evolucionado. Al contrario, el resumen ponía en claro que los científicos abordaban el problema centrándose en propósito, información y función. Por cierto, el término información es una de las palabras que aparecen con mayor frecuencia en el artículo, 36 veces:
Mediante el uso de métodos de teoría de la información, demostramos un claro papel de la precisión relativa, y exponemos que la estructura temporal observada experimentalmente en la respuesta neuronal es necesaria para describir con exactitud en mundo visual con un cambio más lento. Al establecer un papel funcional de la precisión, vinculamos la función neuronal visual a escalas temporales lentas con la estructura temporal en la respuesta a escalas temporales más rápidas, y desvelamos un propósito directo de los factores de escala temporal fina de los trenes de impulsos eléctricos neuronales.
En PhysOrg aparecía un resumen, dirigido al gran público, de este complicado artículo, con el título «Brain’s timing linked with timescales of the natural visual world [El ritmo del cerebro, relacionado con las escalas temporales del mundo visual natural]».
1Daniel A. Butts et al, «Temporal precision in the neural code and the timescales of natural vision», Nature 449, 92-95 (6 septiembre 2007) | doi:10.1038/nature06105.
2Los autores decían: «Esta extraordinaria precisión a escalas de tiempo de milisegundos ha sido observada en la retina, el núcleo geniculado lateral (LNG) y el córtex visual, así como en muchos otros sistemas sensoriales como el sistema visual de la mosca, el sistema electrosensorial de los peces débilmente eléctricos, y los sistemas somatosensorial y auditivo de los mamíferos».
3Wikipedia explica: «El teorema de muestro nos dice que puede evitarse el aliasing si la frecuencia de Nyquist [esto es, la mitad de la frecuencia de muestreo de un sistema de procesado de señales discretas] es mayor que la amplitud de banda, o la frecuencia máxima, de la señal que se está muestreando. ... En principio, una frecuencia de Nyquist solo algo mayor que la amplitud de banda de la señal es suficiente para permitir una perfecta reconstrucción de la señal a partir de las muestras».
Science Daily recogió esta historia dos días después que nosotros [en el original inglés], y con mucho menos detalle.
Este descubrimiento se vuelve tanto más asombroso cuanto más se piensa en él. Expone que comparar el ojo con una cámara fotográfica es demasiado simplista. ¡Lo que tenemos en nuestras cabezas es un estudio de muestreo digital! Quizá has pensado alguna vez que el ojo no puede ser tan gran cosa si percibe 24 fotogramas por segundo como movimiento continuo. Pues bien, piensa en todo lo que está teniendo lugar. El ojo es un sistema físico —sometido a limitaciones físicas y moleculares. La rodopsina en cada bastón o cono de la retina (un pixel) se tiene que reiniciar en un tiempo finito, porque las reacciones químicas (reajustes proteínicos) no pueden ser instantáneos. De manera parecida, cada neurona en el sistema visual debe reiniciarse antes de la siguiente transmisión de señal. Un axón neural contiene una cadena de complejas «bombas iónicas» (17/01/2002) que transmiten una señal quimioeléctrica por la membrana hacia el extremo. Allí tienen que pasarse unos neurotransmisores a través de una sinapsis a la siguinte neurona. Aunque la respuesta es rápida, precisa de un tiempo mensurable.
Ahora multipliquemos esta limitación por los 120 megapíxels en cada ojo que deben captar fotones simultáneamente, procedentes del campo visual de entrada, emitir un bit al cerebro, y reiniciarse (para ver lo que está involucrado aquí, véase la entrada correspondiente al 30/12/2003). Es increíble que nuestros cerebros de apenas
Como si esto fuera poco, el patrón neuronal tiene una estructura temporal que el cerebro interpreta para obtener de la señal la información basada en el tiempo. No deberíamos pensar en términos de una sola velocidad de obturación para el ojo, en otras palabras: hay cientos de millones de obturadores individuales que se disparan a sus propios y variables ritmos. Cada bastón o cono, cada neurona en el nervio óptico, y cada neurona en el córtex visual ajusta automáticamente su disparo para proporcionar al cerebro un patrón continuo que contiene estructura a la vez espacial y temporal, y que maximiza la cantidad de información útil captada de la escena.
De modo que el muestreo análogo a digital no es meramente bidimensional, sino que se realiza en cuatro dimensiones. Obtenemos una estereoimagen de dos fuentes en 2D (combinando la información procedente de cada globo ocular), lo que nos da una imagen en 3D, y la estructura temporal la transforma en 4D. Y todo esto sucede dentro de las limitaciones de la fisicoquímica.
Así, tenemos un complejo campo de información en 4D representado en código, donde cada disparo de neurona constituye un bit («la respuesta de la neurona ... consiste en “eventos” de disparo discretos»). La estructura temporal del código muestreado digitalmente se optimiza para preservar la máxima cantidad de información procedente de la escena, sin abrumar el cerebro con bits innecesarios (TMI: una información excesiva). A fin que este comentario no sea causa de una sobrecarga cognitiva debido a TMI, no entraremos ahora en la cuestión de otra realidad pasmosa, de que el ojo también realiza procesado de imagen en tiempo real (véase El ojo realiza el procesamiento de imagen, y también en inglés 27/05/2003). Intenta construir un robot con todos estos elementos y que pueda sumergirse en una piscina.
Vimos una tecnología algo similar de codificación y decodificación en el sentido del olfato (véase 11/07/2001, 7/06/2005); se puede representar una entrada casi infinitamente variable mediante un número finito de neuronas usando un código combinatorio. Actualización: Un artículo reciente en Current Biology exploraba esta misma cuestión el 17 de septiembre de 2007: Una «plasticidad dependiente del temporizado de los impulsos eléctricos» es aparentemente responsable de la precisión en el sentido olfatorio de las langostas. Los autores decían que esto se ha descubierto también en la vista, en el aprendizaje y en la formación de la memoria en los vertebrados. Es probable que todos los sentidos empleen muestreo digital hasta cierto punto. ¡Qué concepto!—los humanos poseen sentidos digitales y la conversión de entradas analógicas a señales digitales está incorporada en nuestra anatomía ostensiblemente análoga. Esto es cierto también de todos los demás animales. ¿Qué probabilidad hay de que las langostas llegasen a adoptar esta tecnología mediante evolución?
Una vez más, los autores usaron aquí un método de teoría de la información para comprender el papel y el propósito del fenómeno bajo investigación. ¿Acaso esto no tiene toda la apariencia de Diseño Inteligente en operación? ¿Quién necesita el darwinismo para hacer ciencia? El ojo le daba escalofríos a Charles Darwin, y con razón (véase la serie de artículos sobre visión en este blog). No tenía ni idea acerca de una centésima parte del problema. En 1859 no se sabía nada de muestreo digital, de conversión de señales analógicas a digitales, de precisión a una resolución de milisegundos, de representación combinatoria mediante código de señales de 4D, de cinematografía, de procesado de imágenes, de códigos neuronales y genéticos, y de muchas otras cosas. La revolución darwinista ha quedado totalmente derribada por la revolución de la información. Esta es la verdadera imagen de la realidad.
Nota: acerca de las repetidas alegaciones de un diseño imperfecto de la retina, véase Más diseño óptico en la retina de lo que nunca se había visto — fibras ópticas vivas exponiendo un reciente y asombroso descubrimiento de transmisión optimizada de la imagen en la retina mediante fibras ópticas vivientes.
Fuente: Creation·Evolution Headlines - Eyes Do Precision Digital Sampling 8/9/2007
Redacción: David Coppedge © 2007 Creation Safaris - www.creationsafaris.com
Traducción y adaptación: Santiago Escuain — © SEDIN 2008 - www.sedin.org
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