Un estudio de la Universidad Rockefeller, en EE UU, identifica el sistema neuronal que transforma señales sociales en movimientos coordinados del rostro. El trabajo muestra que distintas áreas cerebrales actúan de forma integrada, cada una con su propio ritmo, para generar gestos emocionales y voluntarios.
Cuando un bebé te sonríe, resulta casi imposible no devolverle la sonrisa. Esta reacción espontánea ante una expresión facial forma parte del intercambio que nos permite comprender las emociones y los estados mentales de los demás.
Los rostros son tan importantes para la comunicación social que hemos desarrollado células cerebrales especializadas únicamente en reconocerlos, como descubrió Winrich Freiwald de la Universidad Rockefeller (EE UU). Se trata solo de uno de los hallazgos que, durante la última década, han impulsado de forma decisiva la neurociencia de la percepción facial.
Ahora, Freiwald y su equipo del Laboratorio de Sistemas Neuronales han centrado su atención en el reverso de la percepción facial: la expresión. Hasta ahora se sabía poco sobre cómo los circuitos neuronales del cerebro y los músculos del rostro colaboran para formar, por ejemplo, una sonrisa. Según publican en Science, el equipo ha identificado una red motora facial y los mecanismos neuronales que la mantienen en funcionamiento.
En el primer estudio sistemático sobre los mecanismos neuronales que controlan los movimientos faciales, los investigadores descubrieron que tanto regiones cerebrales de bajo nivel como de alto nivel participan en la codificación de distintos tipos de gestos faciales, en contra de las suposiciones clásicas.
Durante años se pensó que estas funciones estaban separadas: las expresiones emocionales, como devolver una sonrisa, se atribuían al lóbulo frontal medial, mientras que las acciones voluntarias, como comer o hablar, se vinculaban al lóbulo frontal lateral.
“Teníamos una buena comprensión de cómo se perciben los gestos faciales, pero ahora entendemos mucho mejor cómo se generan”, explica Freiwald, cuyo trabajo cuenta con el apoyo del Price Family Center for the Social Brain de Rockefeller.
“Descubrimos que todas las regiones participan en todos los tipos de gestos faciales, aunque cada una opera en escalas temporales distintas, lo que sugiere que cada región está especialmente adaptada a la función que desempeña”, señala Geena Ianni, coautora principal, antigua miembro del laboratorio de Freiwald y actual residente de neurología en el Hospital de la Universidad de Pensilvania.
La necesidad de comunicarnos mediante expresiones faciales está profundamente arraigada y alcanza incluso el tronco encefálico. Allí se localiza el llamado núcleo facial, que alberga las motoneuronas responsables del control de los músculos del rostro. Estas neuronas también proyectan hacia múltiples regiones corticales, incluidas varias áreas del córtex frontal, implicadas tanto en la función motora como en procesos cognitivos complejos.
Los estudios neuroanatómicos han demostrado que existen varias regiones corticales con acceso directo a los músculos de la expresión facial, una característica singular de los primates. Sin embargo, la contribución específica de cada una seguía sin aclararse. Investigaciones en personas con lesiones cerebrales sugieren que distintas regiones codifican diferentes movimientos faciales. Por ejemplo, los daños en el córtex frontal lateral provocan la pérdida de movimientos voluntarios, como hablar o comer, mientras que las lesiones en el córtex frontal medial impiden la expresión espontánea de emociones, como devolver una sonrisa.
“No pierden la capacidad de mover los músculos, sino la de hacerlo en un contexto concreto”, explica Freiwald.
“Nos preguntamos si estas regiones aportaban contribuciones específicas a las expresiones faciales, y resultó que nadie lo había investigado de forma directa”, añade Ianni.
Mediante un enfoque innovador desarrollado en el laboratorio de Freiwald, el equipo utilizó resonancia magnética funcional para visualizar la actividad cerebral de macacos mientras producían expresiones faciales. De este modo identificaron tres áreas corticales con acceso directo a la musculatura facial: el córtex motor cingulado, situado en la región medial, y los córtex motor primario y premotor, localizados lateralmente, además de los córtex somatosensoriales.
Con estos métodos, los investigadores lograron delinear una red motora facial compuesta por la actividad neuronal de distintas regiones del lóbulo frontal —el córtex motor primario lateral, el córtex premotor ventral y el córtex motor cingulado medial— y del córtex somatosensorial primario, en el lóbulo parietal.
A partir de este mapa, registraron la actividad neuronal en cada región cortical mientras los macacos producían expresiones faciales. El estudio se centró en tres tipos de movimientos: gestos de amenaza, chasquido de labios y masticación. La expresión amenazante en los macacos consiste en una mirada fija al frente con la mandíbula abierta y los dientes visibles, mientras que el chasquido de labios implica movimientos rápidos de fruncido acompañados del aplanamiento de las orejas contra el cráneo. Ambos son gestos sociales con un significado contextual claro. La masticación, en cambio, es voluntaria, pero no social ni emocional.
Para provocar estas expresiones en el laboratorio, los investigadores emplearon diversos estímulos dinámicos, como interacciones directas con otros macacos, vídeos de congéneres y avatares digitales controlados por el propio equipo. El análisis permitió vincular la actividad neuronal de estas regiones con el movimiento coordinado de zonas específicas del rostro: ojos y cejas; parte superior e inferior de la boca; y región inferior de la cara y orejas.
Los resultados mostraron que tanto las regiones corticales superiores como las inferiores participan en la producción de expresiones faciales emocionales y voluntarias. Sin embargo, la actividad neuronal no era uniforme. Las neuronas de cada región funcionaban a un ritmo distinto durante la generación de los gestos.
“Las regiones laterales, como el córtex motor primario, presentan dinámicas neuronales rápidas, con cambios del orden de milisegundos, mientras que las regiones mediales, como el córtex cingulado, muestran dinámicas lentas y estables que se prolongan mucho más en el tiempo”, explica Ianni.
En un trabajo relacionado basado en los mismos datos, el equipo documentó recientemente en PNAS que las distintas regiones corticales que gobiernan el movimiento facial actúan como una única red sensoriomotora interconectada, cuya coordinación se ajusta en función del movimiento producido.
“Esto indica que el control motor facial es dinámico y flexible, en lugar de depender de vías fijas e independientes”, señala Yuriria Vázquez, coautora principal y exinvestigadora posdoctoral en el laboratorio de Freiwald.
“Este resultado contradice la visión clásica de que funcionan en paralelo y de forma separada”, añade Freiwald. “Refuerza claramente la conectividad de la red motora facial”.
Tras haber obtenido avances significativos tanto en la percepción como en la expresión facial mediante experimentos independientes, Freiwald planea estudiar en el futuro ambos elementos de la comunicación social de manera simultánea.
“Creemos que eso nos ayudará a comprender mejor las emociones”, afirma Freiwald. “Existe un intenso debate sobre cómo se relacionan internamente las señales motoras con las emociones, pero pensamos que, si la percepción se sitúa en un extremo y la respuesta motora en el otro, las emociones surgen en algún punto intermedio”.
Espero que nuestro trabajo impulse, aunque sea mínimamente, el desarrollo de diseños de comunicación artificial más naturales y ricos, que mejoren la vida de los pacientes tras una lesión cerebral
Por su parte, Vázquez identifica dos posibles líneas de investigación futuras. La primera se centra en comprender cómo las señales sociales dinámicas, como los rostros o la dirección de la mirada, los estados internos y la recompensa influyen en el sistema motor facial. Estos conocimientos resultarían clave para explicar cómo se toman las decisiones sobre la producción de expresiones faciales. La segunda línea apunta a aplicaciones clínicas basadas en esta red integrada.
Los hallazgos también podrían contribuir a mejorar las interfaces cerebro-máquina. “Al igual que en nuestro enfoque, estos dispositivos implantan electrodos para descodificar señales cerebrales y traducirlas en acciones, como mover una extremidad o un brazo robótico”, explica Freiwald. “La comunicación ha resultado mucho más difícil de descifrar”.
“Espero que nuestro trabajo impulse, aunque sea mínimamente, el desarrollo de diseños de comunicación artificial más naturales y ricos, que mejoren la vida de los pacientes tras una lesión cerebral”, concluye Ianni.
Referencia:
Geena R. Ianni et al. “Facial gestures are enacted through a cortical hierarchy of dynamic and stable codes”. Science, 2025.
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