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2021-05-03Josh McDermott busca replicar el sistema auditivo humano

MIT |Los modelos informáticos que imitan las extraordinarias capacidades auditivas de los humanos podrían mejorar los tratamientos para la pérdida de audición.

El sistema auditivo humano es una maravilla de la biología. Puede seguir una conversación en un restaurante ruidoso, aprender a reconocer palabras de idiomas que nunca hemos oído antes e identificar a un colega conocido por sus pasos cuando pasa por nuestra oficina.

Hasta ahora, ni siquiera los modelos computacionales más sofisticados pueden realizar estas tareas tan bien como el sistema auditivo humano, pero el neurocientífico del MIT Josh McDermott espera cambiar esta situación. Conseguir este objetivo sería un paso importante para desarrollar nuevas formas de ayudar a las personas con pérdida de audición, dice McDermott, que acaba de obtener la titularidad en el Departamento de Ciencias Cognitivas y del Cerebro del MIT.

"Nuestro objetivo a largo plazo es construir buenos modelos de predicción del sistema auditivo", dice McDermott. "Si tuviéramos éxito en ese objetivo, eso transformaría realmente nuestra capacidad de hacer que la gente oiga mejor, porque podríamos diseñar un programa informático para averiguar qué hacer con el sonido entrante para que sea más fácil reconocer lo que alguien dijo o de dónde viene un sonido".

El laboratorio de McDermott también explora cómo la exposición a distintos tipos de música afecta a las preferencias musicales de las personas e incluso a cómo perciben la música. Este tipo de estudios puede ayudar a revelar elementos de la percepción del sonido que están "cableados" en nuestro cerebro, y otros elementos que están influenciados por la exposición a diferentes tipos de sonidos.

"Hemos descubierto que hay variaciones interculturales en aspectos que la gente suponía que eran universales y posiblemente incluso innatos", dice McDermott.

Percepción del sonido

Cuando estudiaba en la Universidad de Harvard, McDermott tenía previsto estudiar matemáticas y física, pero "rápidamente me sedujo el cerebro", dice. Por aquel entonces, Harvard no ofrecía una especialización en neurociencia, así que McDermott creó la suya propia, centrada en la visión.

Tras obtener un máster en el University College de Londres, llegó al MIT para hacer un doctorado en ciencias cognitivas y del cerebro. Su atención seguía centrada en la visión, que estudió con Ted Adelson, el profesor John y Dorothy Wilson de Ciencias de la Visión, pero cada vez se interesaba más por la audición. Siempre le había gustado la música y, por aquel entonces, empezó a trabajar como DJ de radio y de discoteca. "Pasaba mucho tiempo pensando en el sonido y en por qué las cosas suenan como lo hacen", recuerda.

Para perseguir su nuevo interés, hizo un postdoctorado en la Universidad de Minnesota, donde trabajó en un laboratorio dedicado a la psicoacústica, es decir, al estudio de cómo los humanos perciben el sonido. Allí estudió fenómenos auditivos como el "efecto cóctel", es decir, la capacidad de concentrarse en la voz de una persona en particular sin tener en cuenta el ruido de fondo. Durante otro postdoctorado en la Universidad de Nueva York, empezó a trabajar en modelos computacionales del sistema auditivo. Ese interés por la computación es parte de lo que le atrajo de nuevo al MIT como miembro de la facultad, en 2013.

"La cultura aquí que rodea a la ciencia cerebral y cognitiva realmente prioriza y valora la computación, y esa era una perspectiva que era importante para mí", dice McDermott, que también es miembro del Instituto McGovern para la Investigación del Cerebro del MIT y del Centro para Cerebros, Mentes y Máquinas. "Sabía que ese era el tipo de trabajo que realmente quería hacer en mi laboratorio, así que me pareció un entorno natural para hacer ese trabajo".

Uno de los aspectos de la audición en los que se centra el laboratorio de McDermott es el "análisis de la escena auditiva", que incluye tareas como deducir qué acontecimientos del entorno han causado un sonido concreto y determinar de dónde procede un sonido determinado. Esto requiere la capacidad de separar los sonidos producidos por diferentes acontecimientos u objetos, y la capacidad de descifrar los efectos del entorno. Por ejemplo, un balón de baloncesto que rebota en el suelo de madera de un gimnasio produce un sonido diferente al de un balón de baloncesto que rebota en una pista exterior pavimentada.

"Los sonidos del mundo tienen propiedades muy particulares, debido a la física y al funcionamiento del mundo", dice McDermott. "Creemos que el cerebro interioriza esas regularidades, y tienes modelos en tu cabeza de la forma en que se genera el sonido. Cuando oyes algo, realizas una inferencia en ese modelo para averiguar qué es lo que probablemente ha ocurrido que ha causado el sonido".

Una mejor comprensión de cómo hace esto el cerebro podría conducir a nuevas estrategias para mejorar la audición humana, afirma McDermott.

"La discapacidad auditiva es el trastorno sensorial más común. Afecta a casi todo el mundo a medida que envejece, y los tratamientos están bien, pero no son geniales", dice. "Con el tiempo, todos vamos a tener audífonos personalizados con los que andamos, y sólo tenemos que desarrollar los algoritmos adecuados para decirles lo que tienen que hacer. Es algo en lo que estamos trabajando activamente".

La música en el cerebro

Hace unos 10 años, cuando McDermott era postdoctoral, empezó a trabajar en estudios transculturales sobre cómo el cerebro humano percibe la música. Richard Godoy, antropólogo de la Universidad de Brandeis, pidió a McDermott que se uniera a él para realizar algunos estudios sobre el pueblo tsimane´, que vive en la selva amazónica. Desde entonces, McDermott y algunos de sus estudiantes han ido a Bolivia la mayoría de los veranos para estudiar la percepción del sonido entre los tsimane´. Los tsimane´ han estado muy poco expuestos a la música occidental, lo que los convierte en sujetos ideales para estudiar cómo la escucha de ciertos tipos de música influye en la percepción humana del sonido.

Estos estudios han revelado tanto diferencias como similitudes entre los occidentales y los tsimane´. McDermott, que cuenta con el soul, la música disco y el jazz-funk entre sus tipos de música favoritos, ha descubierto que los occidentales y los tsimane´ difieren en su percepción de la disonancia. Para los oídos occidentales, por ejemplo, el acorde de Do y Fa# suena muy desagradable, pero no para los tsimane´.

También ha demostrado que los occidentales perciben como similares los sonidos que están separados por una octava, pero los tsimane´ no. Sin embargo, también hay algunas similitudes entre los dos grupos. Por ejemplo, el límite superior de las frecuencias que se pueden percibir parece ser el mismo independientemente de la exposición a la música.

"Estamos encontrando tanto variaciones sorprendentes en algunos rasgos perceptivos que mucha gente presumía que eran comunes entre culturas y oyentes, como similitudes sorprendentes en otros", dice McDermott. "Las similitudes y las diferencias entre culturas disocian aspectos de la percepción que están estrechamente acoplados en los occidentales, lo que nos ayuda a parcelar los sistemas perceptivos en sus componentes subyacentes".

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