Pulsos auditivos en el cerebro

Lo que Oster realmente mostró

El montaje es sencillo: emite un tono puro de, digamos, 400 Hz por un oído y 410 Hz por el otro, mediante auriculares, sin mezcla acústica en el aire. El oyente percibe un tono dentro de la cabeza cuya intensidad pulsa diez veces por segundo — diez beats por segundo — aun cuando ninguna pulsación tal exista en ninguna de las dos corrientes auditivas tomada por separado. La percepción la genera el cerebro, no el sonido.

Oster contrasta esto con los pulsos monoaurales, que surgen cuando dos frecuencias cercanas se mezclan físicamente en el aire o en un único oído. Los pulsos monoaurales son interferencia acústica real: la amplitud de la onda combinada efectivamente sube y baja a la frecuencia diferencia, y un micrófono registra la modulación. Los pulsos binaurales son distintos en especie. No hay modulación de amplitud en ninguna de las dos señales. La modulación se construye centralmente, a partir de la comparación de las dos corrientes auditivas.

La tesis central de Oster es que esto nos da una forma no invasiva de estudiar cómo el cerebro codifica la fase interaural — las pequeñas diferencias de tiempo entre los dos oídos que el sistema auditivo usa para localizar sonidos de baja frecuencia en el espacio. La percepción binaural explota la misma maquinaria comparativa que el cerebro emplea para decidir si un sonido vino de la izquierda o de la derecha.

La ventana perceptiva

Oster cuantifica las condiciones bajo las cuales se oyen los pulsos binaurales. El fenómeno tiene un envoltorio claro:

• La diferencia de frecuencia entre los dos tonos debe ser pequeña — en general inferior a unos 26–30 Hz. Más allá de eso, el cerebro deja de oír un pulso y empieza a oír dos tonos separados.
• La frecuencia portadora (el tono absoluto de cada señal) debe ser relativamente baja. La percepción binaural decae cuando las portadoras superan los ~1000 Hz, y efectivamente desaparece por encima de ese rango. Es el mismo límite por encima del cual el sistema auditivo deja de usar el enganche de fase para codificar la altura tonal.
• La profundidad de la percepción es modesta — unos pocos decibelios de modulación aparente. Los pulsos monoaurales, cuando están presentes, producen una respuesta neural sustancialmente más fuerte. Esta última observación, a menudo olvidada por los divulgadores posteriores, es importante: el sonido modulado en amplitud es un controlador más potente del sistema auditivo que los pulsos binaurales.

El mecanismo neural: enganche de fase y complejo olivar

La ventana de frecuencia anterior es una huella dactilar. Nos dice dónde de la vía auditiva se genera la percepción binaural. A bajas frecuencias el nervio auditivo dispara al ritmo de la onda sonora misma (la clásica «teoría telefónica» de la codificación de la altura tonal); a frecuencias mayores usa una «descarga en relevos» de fibras asincrónicas para rastrear frecuencia sin que ninguna fibra individual se enganche de fase. La envolvente binaural cae de lleno en el régimen de enganche de fase. El cerebro está usando temporización de espigas sincronizadas en fase de cada oído, y comparándolas.

Anatómicamente, el primer lugar donde convergen las entradas de los dos oídos es el complejo olivar superior en el tronco encefálico — un núcleo pequeño y denso en neuronas binaurales cuyo disparo depende de la temporización relativa de las entradas de la cóclea izquierda y derecha. Oster localiza correctamente allí o cerca el fenómeno binaural. El trabajo posterior lo ha confirmado en detalle: los pulsos binaurales evocan respuestas auditivas en estado estable (ASSR) y respuestas de seguimiento de frecuencia registrables en EEG y MEG como componentes espectrales exactamente a la frecuencia del pulso. La señal es real, está en el cerebro y está enganchada en fase a un estímulo que sólo existe como relación entre dos corrientes auditivas.

La propuesta diagnóstica

La parte más distintiva del artículo de Oster, y la más a menudo omitida, es su lectura clínica. Propone que la capacidad de percibir pulsos binaurales varía sistemáticamente con el estado fisiológico, y que esas variaciones pueden usarse como sonda de la función auditiva central manteniendo la audición ordinaria mayormente intacta. Reporta tres líneas de evidencia:

• Enfermedad de Parkinson. Percepción binaural reducida o ausente en algunos pacientes, sugiriendo vulnerabilidad de los circuitos del tronco encefálico y mesencéfalo que median la comparación interaural — posiblemente un marcador temprano antes de que la audición periférica se vea afectada.
• Modulación hormonal y del ciclo menstrual. La sensibilidad a los pulsos binaurales en mujeres fluctúa con el estado hormonal a lo largo del ciclo. El sistema auditivo central está modulado endocrinamente, hecho que la mayoría de lectores no espera.
• Otras condiciones neurológicas. Condiciones que afectan selectivamente al tronco encefálico y al mesencéfalo pueden atenuar la percepción binaural dejando intacta la audiometría umbral. Un paciente con audiometría normal puede todavía tener un déficit central medible si los pulsos binaurales son débiles o están ausentes.

El marco clínico de Oster no se ha perseguido con la misma intensidad que sus usos de entretenimiento. Merece más atención de la que ha recibido: los pulsos binaurales son una forma barata y no invasiva de preguntar si un circuito concreto del tronco encefálico está funcionando.

Lo que la literatura de arrastre ha mostrado y lo que no

El propio Oster es cauto. Su artículo trata de fisiología auditiva básica y del potencial diagnóstico, no de estados alterados. La literatura popular que creció en torno a su artículo — las pistas de pulsos binaurales comercializadas para concentración, sueño, meditación y alivio del dolor — se apoya en una afirmación adicional que él no hizo directamente: que, dado que los pulsos binaurales involucran circuitos centrales y producen respuestas de seguimiento de frecuencia, deberían ser capaces de arrastrar ritmos cerebrales hacia la frecuencia del pulso y modular el estado.

La evidencia contemporánea sobre esto es mixta y, de media, más modesta de lo que sugiere la publicidad. Algunos estudios encuentran efectos subjetivos sobre activación, atención, ansiedad o dolor; otros no encuentran efecto, o efectos no mayores que el placebo. Las revisiones señalan consistentemente dos cosas. Primero, los tamaños de efecto, cuando aparecen, son pequeños y los diseños son a menudo débiles. Segundo — en consonancia con la observación del propio Oster de que los pulsos monoaurales producen respuestas neurales más fuertes — la estimulación monoaural e isocrónica (sonido efectivamente modulado en amplitud, de modo que la modulación existe en el aire y no sólo en la comparación central) suele producir un arrastre más fuerte y reproducible que los pulsos binaurales clásicos. La lectura honesta es que el arrastre cerebral por frecuencia específica es real (el trabajo de Iaccarino y Martorell con luz gamma en ratones con Alzheimer es la demostración más sólida), pero los pulsos binaurales probablemente no sean la forma más eficiente de hacerlo.

Por qué importa para la trilogía

Tres puntos que la trilogía utiliza directamente.

Primero: la percepción se genera dentro del cerebro. No hay un tercer tono en el aire. El tercer tono es construido por comparación enganchada en fase de dos corrientes temporales en el tronco encefálico. Es la demostración más limpia, en la psicofísica clásica, de que lo que percibimos no es, en general, un registro de lo que hay en el oído — es un cómputo sobre lo que hay en el oído. El cerebro es, en el montaje de Oster, demostrablemente un resonador que responde a una relación, no a una señal. El modelo receptor de la trilogía necesita exactamente esta propiedad: que el tejido biológico pueda estar afinado a una estructura sin energía macroscópica correspondiente. Los pulsos binaurales son una demostración de banco de que el cerebro puede hacer eso.

Segundo: la ventana de frecuencia es la ventana del cuerpo. Portadoras bajo ~1000 Hz, diferencias bajo ~30 Hz — ese es el rango de los propios ritmos eléctricos lentos del cuerpo (delta, theta, alfa, beta, gamma bajo). El sistema auditivo en bajas frecuencias usa la misma gramática temporal que el propio campo cerebral. La misma gramática aparece en la resonancia de Schumann (~7,83 Hz, en la misma banda), en la variabilidad de la frecuencia cardíaca, en las frecuencias de huso del sueño no REM, y en la sincronía gamma que Lutz y Davidson registraron en meditadores experimentados. El cuerpo, de arriba abajo, vive en una banda estrecha de oscilaciones lentas. El artículo de Oster es una de las demostraciones más limpias de que esa banda no es arbitraria: es la banda que el sistema nervioso central utiliza para computar estructura a lo largo del tiempo.

Tercero: la cóclea es un transformador de Fourier; el cerebro es un comparador. Los capítulos del acorde de Limen dependen de dos afirmaciones empíricas que funcionan en pareja. Una es que la cóclea descompone el sonido entrante en sus componentes frecuenciales en una arquitectura espiraleada en φ (Manoussaki et al. 2006, 2008). La otra es que el sistema auditivo central puede construir percepciones a partir de relaciones entre esos componentes — no sólo a partir de los componentes mismos. Los pulsos binaurales de Oster son la demostración más limpia de la segunda afirmación. Dos tonos presentes en la periferia; un tercer tono construido centralmente a partir de su relación. El cuerpo oye acordes del mismo modo que oye pulsos: computándolos.

El artículo de Oster de 1973 está en PubMed 4727697; el texto completo de Scientific American está tras muro de pago, pero el resumen y la metodología están sintetizados abiertamente. Para la literatura posterior sobre ASSR/EEG, véase el trabajo de Schwarz, Taylor y colegas sobre respuestas auditivas en estado estable. Para la cuestión más amplia de ritmos cerebrales y arrastre por frecuencia, véanse las entradas de Iaccarino y Martorell sobre arrastre gamma y la Síntesis.