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Diez años descubriendo los misterios de la cognición humana
Un equipo de cien personas lo está haciendo en el Centro de Cognición y Cerebro de la UPF
La neurociencia básica ha permitido descubrir aspectos sobre el funcionamiento de las neuronas individuales, los mecanismos que permiten la comunicación neuronal, los procesos mediante los cuales las células nerviosas se desarrollan y se adaptan y los procesos que regulan su funcionamiento. Pero, a partir de toda esta actividad cerebral, ¿cómo es posible la cognición humana?
Esta es la pregunta científica fundamental que los investigadores del Centro de Cognición y Cerebro (CBC) de la UPF intentan responder desde su puesta en marcha, hace diez años. Creado en 2009, sus investigadores trabajan para convertirse en un referente internacional de gran influencia científica en cuanto a la interacción entre la cognición y el cerebro, tanto en el ámbito científico como en el social, avanzando en la comprensión de cómo la experiencia influye en la función y la estructura del cerebro a través de la investigación computacional y experimental.
El CBC dispone de un laboratorio de neurociencias propio donde los científicos llevan a cabo sus actividades de investigación. Su excelencia investigadora ha hecho que sus proyectos hayan sido reconocidos con diversas fuentes de financiación en convocatorias altamente competitivas.
Los proyectos financiados por el European Research Council (ERC) se consideran un indicador de excelencia en gestión de la investigación. El CBC ha obtenido dos Starting Grants (Salvador Soto y Juan Manuel Toro), dos Advanced Grants (Núria Sebastián y Gustavo Deco), un Proof of Concept (Salvador Soto) y tres Coordinator and Support Action (Núria Sebastián por las tareas de vicepresidencia en el ERC). A pesar de representar un 2% de los IP de la UPF, el CBC ha obtenido el 26% de los proyectos ERC otorgados a la Universidad.
Comunidad CBC - 98 personas
Un enfoque multidisciplinario
El Centro está integrado por siete grupos de investigación y forma parte del Departamento de Tecnologías de la Información y las Comunicaciones (DTIC). Gustavo Deco, director del CBC, afirma que "la estrategia ganadora es contar con un grupo multidisciplinar que se esfuerza en responder a esta pregunta primordial: ¿cómo es posible la cognición humana?, desde diferentes enfoques y puntos de vista". En total, el CBC está formado por un centenar de personas entre investigadores, profesores, personal de apoyo a la investigación y administrativo. "Constelaciones como nuestras son bastante escasas", añade Núria Sebastián, cofundadora del Centro.
Su investigación multidisciplinar ha producido 478 artículos publicados en revistas de alto impacto hasta 2018. Publicaciones que han supuesto avances científicos en una veintena de especialidades diferentes y que han conseguido un total de 13.380 citaciones (desde 2008); 10.695 si se excluyen las autocitas de los autores.
Grupos de investigación del Centro de Cognición y Cerebro
Computational Neuroscience (CNS), liderado por Gustavo Deco
"Somos prácticamente los que iniciamos el estudio del cerebro desde un punto de vista holístico"
El Grupo de Investigación en Neurociencia Computacional investiga los mecanismos neuronales y corticales de la percepción y la cognición. Mediante el desarrollo de modelos matemáticos neurodinámicos explícitos de la función cerebral en cuanto a la actividad sináptica y neuronal, el Grupo ha desarrollado un marco teórico para profundizar en la comprensión de una gran variedad de mecanismos y de cálculos subyacentes en importantes funciones cerebrales . Mediante la integración de las resonancias magnéticas funcionales (fMRI) y los hallazgos neuropsicológicos, muchos aspectos de la función cognitiva ahora se pueden modelar y entender mejor.
Las "canciones del cerebro" revelan que nos hacemos conscientes de las señales de nuestro entorno en 200 milisegundos
"El nuevo marco espacio-temporal, que poéticamente hemos llamado 'canciones del cerebro', aporta datos relevantes sobre las redes involucradas en la transmisión de la información a esta escala de tiempo rápida (200 ms) y en cuanto al cerebro en su conjunto", explican los autores. Estos resultados apoyan el conocimiento existente hasta ahora sobre el momento en que la información se encuentra conscientemente disponible en el cerebro humano, y la amplían.
Gustavo Deco,Josephine Cruzat, Morten Kringelbach (2019), "Brainsongs framework used for Discovering the relevant timescale of the human brain",4 de febrero, Nature Communications, 10, nº. 583.
https: // repositori.upf.edu/handle/10230/36610
Language and Comparative Cognition (LCC), liderado por Juan Manuel Toro
"Estudiamos el lenguaje y la música desde un punto de vista comparado"
El Grupo de Investigación en Lenguaje y Cognición Comparada estudia los mecanismos responsables de la capacidad lingüística humana y si los humanos comparten procesos fundamentales con otros animales. El Grupo también estudia las restricciones lingüísticas y perceptuales que configuran estos procesos en diferentes etapas del desarrollo humano.
Un estudio establece las bases neuronales del procesamiento del lenguaje musical en los seres humanos
"Hemos visto que los músicos tienen respuestas más rápidas y más fuertes ante los cambios de consonancia y disonancia que las personas no familiarizadas con la música", con lo cual se concluye que, el entrenamiento musical prepara el cerebro para detectar mejor estos cambios. "Nuestros resultados muestran las bases neuronales subyacentes en las ventajas del procesamiento de la consonancia sobre la disonancia en los seres humanos", explican los investigadores.
Paola Crespo-Bojorque, Júlia Monte-Ordoño, Juan M. Toro (2018), "Early neural responses underlie Advantages for Consonance over Dissonance", Neuropsychologia.
https://doi.org/10.1016/j.neuropsychologia.2018.06.005
Multisensory Research Group (MRG), liderado por Salvador Soto
"Nos interesa tanto el comportamiento humano como las activaciones cerebrales que corresponden a estos comportamientos y estas percepciones"
Los investigadores del Grupo de Investigación Multisensorial tienen como objetivo entender las bases neuronales y cognitivas de la percepción humana y de los procesos de atención en entornos multisensoriales. Estudian interacciones multisensoriales en una amplia gama de dominios perceptivos (desde la percepción del habla hasta la representación corporal), utilizando diversos enfoques científicos (desde la psicofísica en la neuroimagen).
Las incongruencias audiovisuales inducen a un aumento de las ondas cerebrales theta
Los resultados del estudio muestran que la percepción de las incongruencias audiovisuales inducen a un aumento en la actividad del cerebro en la banda electrofisiológica correspondiente a las ondas theta. De los resultados obtenidos se desprende que la resolución de conflictos perceptivos implica el mismo tipo de mecanismos que otros tipos de conflictos perceptivos en el cerebro y, por lo tanto, los autores proponen tener en cuenta este fenómeno para estudiar la integración multisensorial de la percepción humana, algo que no se ha hecho hasta ahora.
Luis Morís Fernández, Mireia Torralba, Salvador Soto-Faraco (2017), Theta oscillations reflect conflict processing in the perception of the McGurk illusion”, European Journal of Neuroscience, doi: 10.1111/ejn.13804
Speech Acquisition and Perception (SAP), liderado por Núria Sebastián
"Nos fijamos cómo las características específicas que tienen las lenguas moldean el cerebro; estudiamos adultos y bebés"
Las tareas del Grupo de Investigación en Percepción y Adquisición del Habla se centran en el estudio del aprendizaje de las lenguas, su percepción y los problemas relacionados con el procesamiento del lenguaje en general (con especial énfasis en las poblaciones bilingües). Los investigadores que trabajan en este laboratorio estudian niños y adultos (e incluso animales para aproximaciones comparativas), con metodologías basadas en respuestas de comportamiento, fisiología e imagen cerebral.
Se encuentran evidencias de que el bilingüismo induce a una especialización cerebral en niños de cuatro meses
Los resultados apuntan hacia diferentes estrategias de discriminación lingüística según que los bebés sean bilingües o monolingües. Se encuentran evidencias de especialización cerebral inducida por el bilingüismo. Los autores manifiestan lo siguiente: "Nuestros estudios encajan bien y ayudan a explicar resultados anteriores, los cuales mostraban que, los bilingues, al contrario que los monolingües, requieren un procesamiento adicional de las propiedades prosódicas del lenguaje que les es familiar".
Loreto Nacar Garcia, Carlos Guerrero-Mosquera, Marc Colomer, Núria Sebastián Gallés (2018), “Evoked and oscillatory EEG activity diferentiates language discrimination in young monolingual and bilingual infants”, Scientific Reports, 9 de febrero, acceso abierto.
DOI: 10.1038/s41598-018-20824-0
Speech Production and Bilingualism (SPB), liderado por Albert Costa
"Estudiamos el bilingüismo porque a día de hoy es más una regla que una excepción"
El trabajo del Grupo de Investigación en Producción del Habla y Bilingüismo, liderado por Albert Costa, traspasado el mes de diciembre de 2018, se centra en la base cognitiva y cerebral del proceso de producción del habla, con un énfasis especial en la producción de voz bilingüe. Algunos de sus ámbitos de interés son los siguientes: el control del lenguaje en hablantes bilingües; los costes y los beneficios asociados al bilingüismo; la comprensión de frases en una segunda lengua; la producción de habla; el control del lenguaje en bilingües con enfermedades neurodegenerativas o el papel de la memoria en el reconocimiento de caras y nombres en pacientes con enfermedad de Alzheimer.
Con independencia del idioma, los oyentes se hacen una idea de la personalidad del hablante a través de su voz
El estudio demuestra que en todos los idiomas, la voz permite que los oyentes se hagan una idea muy rápida de la personalidad del hablante, independientemente del idioma del oyente, ya sea nativo o extranjero. El trabajo revela que la percepción de la voz social contiene ciertos elementos invariantes entre las lenguas / culturas, mientras que otros elementos están modulados por el fondo cultural / lingüístico de los oyentes.
Cristina Baus, Phil McAleer, Katherine Marcoux, Pascal Belin, Albert Costa (2019), "Forming social impressions from voices in native and foreign languages", Scientific Reports, 9: 414.
https://doi.org/10.1038/s41598-018-36518-6
Theoretical and Cognitive Neuroscience (TCN), liderado por Rubén Moreno
"Nos encontramos en un momento histórico idóneo para descubrir los mecanismos neuronales que se definen y nos limitan como seres humanos"
En el Grupo de Investigación en Neurociencia Teorética y Cognitiva los investigadores combinan la neurociencia computacional y cognitiva para teorizar y estudiar los mecanismos neuronales que sustentan las funciones cognitivas. La física, el aprendizaje automático, la psicología y la neurociencia sirven para entender los principios computacionales del cerebro.
Fluctuaciones neuronales actúan como semáforos en el complejo estímulo-respuesta
Se muestra que la actividad neuronal en la corteza visual de primates se modula con fluctuaciones de la actividad de toda la población de neuronas. "El resultado más importante ha sido mostrar a qué tipo de neuronas transmisoras de información afecta esta modulación, es decir, 'quien lleva la voz cantante', pero sin alterar la información total disponible en la red. De este modo, la actividad de la población neuronal actúa como un 'semáforo' que regula el tráfico de información en el cerebro ", explican los autores.
Iñigo Arandia-Romero, Seiji Tanabe, Jan Drugowitsch, Adam Kohn, Rubén Moreno-Bote (2016), “Multiplicative and additive modulation of neuronal tuning with population activity affects encoded information”, Neuron, edición avanzada en línea de 25 de febrero.
https://doi.org/10.1016/j.neuron.2016.01.044
Reasoning and Infant Cognition (RICO), liderado por Luca Bonatti
"Estoy muy contento de pertenecer al CBC que, en mi opinión, es uno de los centros más importantes en neurociencia cognitiva de Europa"
El interés principal del Grupo de Investigación en Razonamiento y Cognición Infantil es revelar la forma en que los humanos se hacen representaciones del mundo y cuáles son las capacidades subyacentes para llegar a conclusiones, formar expectativas y averiguar qué pasa después, tanto cuando se trata del mundo físico que nos rodea como de nuestro propio mundo psicológico interior.
Un estudio abre una ventana sobre los procesos de razonamiento de los bebés
Los autores encontraron evidencia científica que las estrategias que nos permiten a los seres humanos combinar información para razonar sobre los hechos que nos rodean están ya presentes en edades muy tempranas. Los resultados sugieren que algunos procesos mentales de los bebés, incluso antes de que estos comiencen a hablar, ya son similares a los de los adultos, y más complejos de lo que se había pensado hasta ahora. Discover Magazine incluyó este estudio entre las 100 descubrimientos científicos de más impacto.
Nicoló Cesana-Arlotti, Ana Martín, Ernö Teglas, Liza Vorobyova, Ryszard Cetnarski, Luca Bonatti (2018), "Precursors of logical reasoning in preverbal human infants", Science, 16 de marzo. 359:6381, p. 1263-1266. DOI: 10.1126/science.aao3539
Master universitario en Cerebro y Cognición, una titulación con gran proyección internacional
La investigación juega un papel fundamental en el Centro de Cognición y Cerebro, pero la docencia no se deja de lado, específicamente la de postgrado. El máster universitario en Cerebro y Cognición, liderado por los investigadores principales del Centro, se creó en 2014 y ha tenido una muy buena acogida en cada una de las cuatro ediciones realizadas hasta ahora.
Uno de los retos más grandes de la ciencia es el de explicar el funcionamiento de la mente humana. El máster instruye a los estudiantes a través de los descubrimientos más recientes sobre la interacción entre cerebro e investigación cognitiva, desde el punto de vista teórico y práctico, para llegar a participar activamente en este ámbito del conocimiento.
El núcleo central del máster está compuesto por los grupos de investigación del Centro de Cognición y Cerebro, los cuales están dirigidos por científicos de reconocido prestigio en áreas como la neurociencia computacional, la neurociencia cognitiva, la psicolingüística, la visión, la percepción multisensorial, el desarrollo humano y la cognición comparativa.
Los estudiantes acceden directamente a los proyectos del CBC, y se integran en una de sus líneas de investigación principales para desarrollar una investigación original para su proyecto final. El alto porcentaje en número de alumnos internacionales denota la gran proyección internacional de estos estudios en neurociencia.
Estos son algunos de sus protagonistas
Gizem Senel
(Turquía)
Decidí matricularme en el máster en Cerebro y Cognición porque me interesaba principalmente entender más ampliamente la neurociencia cognitiva desde una perspectiva interdisciplinaria. Quería continuar mis estudios en el campo de la investigación en neurociencia, y la UPF me dio una oportunidad increíble no sólo para aprender de los mejores especialistas en este ámbito, sino también para investigar a su lado.
Actualmente, soy miembro del Grupo de Investigación en Neurociencia Teorética y Cognitiva de Rubén Moreno. El objetivo de mi tesis es entender el funcionamiento neuronal y los predictores de comportamiento en la toma de decisiones. También presenté un póster sobre "Redes artificiales e información integrada" en la conferencia sobre conciencia del Human Brain Project.
Alice Albertini Drew
(Francia)
Después de interesarme por la filosofía de la mente, la conciencia y la percepción, decidí seguir estudios en neurociencia cognitiva. Teniendo en cuenta mi interés en la neurociencia aplicada y la intersección entre la neurociencia, las artes, la tecnología y la filosofía, me atrajo el aspecto interdisciplinario del Centro de Cognición y Cerebro, que abarca muchas de las áreas centrales de la investigación en neurociencia y ofrece unas fuertes bases teóricas y prácticas.
Hice investigación para mi tesis de máster en el Grupo de Investigación Multisensorial, bajo la supervisión de Salvador Soto-Faraco. Analizamos un fenómeno que ha fascinado el estudio de la percepción durante años: la llamada rivalidad binocular. Hemos investigado las oscilaciones neuronales (ondas cerebrales) que participan, registrando datos neuronales con electroencefalografía.
Maria Roser Cañigueral
(España)
Me matriculé en el máster en Cerebro y Cognición donde tuve la oportunidad de trabajar con la profesora Núria Sebastián-Gallés en un proyecto sobre los efectos de la posición social en el aprendizaje de lenguas. Después, me trasladé a Londres para completar un MRes en Neurociencia Cognitiva (Instituto de Neurociencia Cognitiva, University College de Londres, 2016). Durante el proyecto MRes, supervisado por la profesora Antonia Hamilton, investigué la relación entre la mentalización perceptiva y la motivación social del autismo. Tras el MRes, me quedé en el laboratorio de la profesora Antonia Hamilton y empecé un doctorado en Neurociencia Cognitiva.
En mi tesis doctoral estoy investigando los mecanismos cognitivos y neuronales que sustentan el procesamiento de la mirada ocular durante las interacciones sociales en vivo, tanto en individuos neurotípicos como en autistas. Para estudiar esto combino las tareas de comportamiento con espectroscopia de seguimiento y de fNIRS.
Pedro Tiago Martins
(Portugal)
Antes de matricularse en el programa de máster en Cerebro y Cognición obtuve un BA en Ciencias del Lenguaje por la Universidad de Oporto y un máster en Ciencias Cognitivas y Lengua por la Universidad de Barcelona.
Ahora estoy en las últimas etapas de mi doctorado en Ciencias Cognitivas y Lengua en la Universidad de Barcelona, como parte de Biología Cognitiva del Grupo de Lengua. Estudio la evolución del aprendizaje vocal a través de las especies y de su papel en la aparición del lenguaje humano.
Josefina Cruzat
(Chile)
Me incorporé al Grupo de Neurociencia Teórica y Computacional, en la Universidad Pompeu Fabra, como estudiante de doctorado. Estoy explorando dinámicas de redes globales en el cerebro humano. Concretamente, estoy explorando la integración, la segregación y algunos otras señales de EEG intracortical, durante el reposo y en diversas tareas cognitivas. Estoy abordando este objetivo midiendo respuestas intracortical utilizando electrodos estereotácticos implantados en el cerebro en pacientes epilépticos.
Carlota Pagès
(España)
Después de años de estudiar disciplinas separadas, descubrí que la manera de reunirse las era estudiante el cerebro. Hice el máster en Cerebro y Cognición con la idea de estudiar música a través de la ciencia.
Actualmente, estoy en mi segundo año de doctorado en lengua y cognición comparada. Estoy estudiando cómo la experiència, como or ejemplo la formación musical, puede cambiar la percepción y el procesamiento de la música. Para ello, comparo las respuestas neuronales entre músicos y no músicos. Más específicamente, estoy centrándome en los eventos musicales inesperados que rompen el contexto musical sintáctico o armónico.
Marc Gimeno
(España)
Me matriculé en el máster en Cerebro y Cognición porque buscaba un título de máster que me ofreciera la oportunidad de aprender sobre temas de la lengua en relación con el cerebro, al tiempo que me permitiera participar en todos los pasos del proceso de investigación científica.
Me convertí en un bimodal bilingüe gracias a la lengua de signos catalana y actualmente trabajo como profesor de niños sordos en una escuela pública de Barcelona. Además, estoy en el programa de doctorado en Biomedicina (UPF). Mi investigación se centra en explorar el proceso de aprendizaje de la lengua de signos y las interacciones entre lenguas habladas y de signos, combinando medidas electrofisiológicas y de comportamiento. El principal objetivo es mejorar la práctica docente de los niños sordos.