Neurociencia y el futuro de la aviaci贸n

Saber c贸mo funciona el avi贸n est谩 ampliamente aceptado como esencial para un vuelo seguro. Los recientes desarrollos en neurociencia significan que este principio ahora se puede aplicar al componente m谩s complejo e inescrutable de cualquier avi贸n tripulado: el piloto.

Desde la Segunda Guerra Mundial, el estudio de los factores humanos ha dado sus frutos. En aviaci贸n, las primeras investigaciones se centraron en el dise帽o de la cabina (controles, avi贸nica 鈥) y en los efectos de la altitud sobre la salud de la tripulaci贸n, los factores ambientales y un gran etc. Progresivamente, con la creciente complejidad de las cabinas informatizadas, la investigaci贸n se ha centrado cada vez m谩s en la cognici贸n (por ejemplo, la demanda mental). Por lo tanto, el enfoque de los factores humanos y la ergonom铆a ha evolucionado continuamente durante todo el siglo XX y mucho por hacer en el presente siglo.

Tradicionalmente, el an谩lisis de las interacciones humano-sistema se ha centrado principalmente en el comportamiento subjetivo y observable para estudiar el trabajo humano en campo. Aunque este enfoque ha allanado el camino hacia un gran progreso, especialmente cuando las observaciones llevaron a un modelo descriptivo, una parte importante del funcionamiento del cerebro del piloto sigue siendo desconocida. Desde principios de la d茅cada de 2000, la neuroergonom铆a, la intersecci贸n de la neurociencia, la ingenier铆a cognitiva y los factores humanos, han ofrecido un enfoque alternativo para ampliar a煤n m谩s nuestra comprensi贸n del comportamiento observable mediante el examen de los mecanismos cerebrales que subyacen a la interacci贸n entre humanos y tecnolog铆a.

En este siglo, el progreso t茅cnico de las im谩genes cerebrales ha revolucionado nuestra comprensi贸n del cerebro. Sabemos m谩s que nunca sobre las estructuras y funciones cerebrales detr谩s de nuestros sentidos, pensamientos y movimientos.

Ha surgido una nueva disciplina h铆brida: neuroergonom铆a, que combina neurociencia, ingenier铆a cognitiva y factores humanos. Examina la interacci贸n humano-tecnolog铆a a la luz de lo que ahora se sabe sobre el cerebro humano.

La neuroergonom铆a se aplica a la aviaci贸n en 谩reas que van desde el control motor, la atenci贸n, el aprendizaje, el estado de alerta, la fatiga, la carga de trabajo, la toma de decisiones, la conciencia situacional y la ansiedad.

La ergonom铆a cognitiva se ocupa de los procesos mentales, tales como la percepci贸n, la memoria, el razonamiento y la respuesta motora, que afectan a las interacciones entre los seres humanos y otros elementos de un sistema complejo como el aeron谩utico. Los temas relevantes incluyen la carga de trabajo mental, la toma de decisiones, la ejecuci贸n experta, la interacci贸n persona-computadora, la fiabilidad humana, el estr茅s laboral y la formaci贸n profesional en relaci贸n con el dise帽o de los sistemas humanos. La ergonom铆a cognitiva estudia la cognici贸n en contextos laborales y operacionales, a fin de optimizar el bienestar humano y el rendimiento del sistema. Es un subconjunto del campo m谩s grande de los factores humanos y la ergonom铆a.

El desempe帽o humano y el error humano se han investigado tradicionalmente de manera emp铆rica, y los investigadores han extra铆do conclusiones basadas en lo que la gente dice o hace. Estos m茅todos han funcionado lo suficientemente bien como para proporcionar un progreso significativo en algunas 谩reas (el desarrollo de la gesti贸n de recursos de la tripulaci贸n – CRM – por ejemplo). Pero la oportunidad de ver y registrar que 谩reas activan en sus cerebros las personas es un cambio radical con respecto a estos 煤ltimos m茅todos. En gran parte del siglo XX se consider贸 la mente como una caja negra, no en el sentido que le damos en la aviaci贸n como un dispositivo de grabaci贸n y registro de todo los par谩metros de la aeronave en vuelo, sino como un objeto misterioso cuyo funcionamiento interno era incognoscible.

Los neurocient铆ficos Frederick Dehais y Daniel Callan dicen que la neurociencia cognitiva ha 芦abierto la caja negra禄 y ha arrojado luz sobre los mecanismos neuronales subyacentes que apoyan el comportamiento humano禄.

Neurociencias 鈥淐ognitivas鈥: Comprensi贸n de la mente humana y sus estructuras cerebrales. Estudia las bases biol贸gicas de la cognici贸n.

Dehais y Callan proponen un manifiesto audaz para la neuroergonom铆a que consiste en combinar la investigaci贸n del mundo real de los factores humanos con la precisi贸n y el rigor de la ciencia de laboratorio. Esto se hace posible a medida que las herramientas para observar el cerebro se vuelven m谩s peque帽as y m谩s n铆tidas.

La mente abierta: t茅cnicas de im谩genes cerebrales

Hemos tenido los conceptos iniciales desde la d茅cada de 1970. Pero el conocimiento se limit贸 a contrastes b谩sicos, por ejemplo saber si un 谩rea espec铆fica del cerebro est谩 encendida o apagada. Ahora se puede entrar en detalles mucho m谩s precisos sobre lo que podr铆a representar ese 谩rea particular del cerebro.

La actividad del cerebro se puede medir indirectamente, a trav茅s de espectroscopia funcional de infrarrojo cercano (fNIRS) o resonancia magn茅tica funcional (fMRI) y directamente mediante un electro enc茅falograma (EEG) y magnetoencefalograf铆a (MEG).

La espectroscopia funcional del infrarrojo cercano (fNIRS) es una t茅cnica de monitorizaci贸n cerebral 贸ptica no invasiva que mide el flujo y la oxigenaci贸n de la sangre a trav茅s del cerebro. Es espacialmente bastante preciso pero tiene una baja resoluci贸n temporal; los retrasos en el tiempo significan que es incapaz de detectar cambios r谩pidos o transitorios en la actividad cerebral.
La resonancia magn茅tica funcional tambi茅n mide indirectamente la actividad cerebral al observar los cambios en el nivel de oxigenaci贸n de la sangre. Tiene una excelente resoluci贸n espacial de la actividad cerebral, pero al igual que fNIRS, tiene una resoluci贸n temporal lenta de varios segundos, limitada por la velocidad de los cambios sangu铆neos en el cerebro.
La electroencefalograf铆a (EEG) mide las fluctuaciones de voltaje que resultan de la corriente i贸nica dentro de las neuronas del cerebro mediante electrodos adheridos al cuero cabelludo. La t茅cnica, utilizada desde la d茅cada de 1920, tiene una excelente resoluci贸n temporal pero poca precisi贸n espacial.
La magnetoencefalograf铆a (MEG) mide directamente los campos magn茅ticos generados por grandes grupos de neuronas orientadas de manera similar. Su resoluci贸n temporal es r谩pida (alrededor de 1 milisegundo). Debido a que la piel, los huesos y el l铆quido cefalorraqu铆deo son efectivamente transparentes a los campos magn茅ticos, la MEG puede ser m谩s precisa espacialmente que la electroencefalograf铆a (EEG). Se puede lograr una resoluci贸n espacial inferior a 1 cm.
FMRI y MEG son las t茅cnicas de escaneo cerebral m谩s precisas, pero tienen la desventaja de requerir instalaciones grandes, costosas y fijas, que involucran habitaciones blindadas. Las personas deben mantener la cabeza quieta. Sin embargo, los investigadores han combinado estos m茅todos de obtenci贸n de im谩genes cerebrales con simulaciones realistas de vuelo y pilotaje para investigar la actividad neuronal relacionada con el vuelo.

Hoy existen equipos MEG port谩tiles que se usan como un casco, lo que permite que las personas se muevan libremente durante el escaneo.

Los cient铆ficos del cerebro est谩n superando las limitaciones de cada t茅cnica al usarlas en combinaci贸n. El investigador franc茅s Dehais describe el uso de una combinaci贸n de experimentos, a veces combinando protocolos bien controlados en dispositivos de alta resoluci贸n como fMRI y MEG, con simuladores de computadora personal de baja fidelidad. Tambi茅n describe el uso de simuladores de vuelo de alta fidelidad basados 鈥嬧媏n movimiento en combinaci贸n con dispositivos de grabaci贸n cerebral port谩tiles pero de menor resoluci贸n, como fNIRS y EEG, y eventualmente realizar experimentos en condiciones de vuelo reales utilizando los mismos dispositivos port谩tiles.

Voy a contar una experiencia personal. El a帽o pasado (2021), en diciembre, finalice un posgrado en Neuromanagement en UCEMA, (Universidad del CEMA) el tema: neurociencias aplicadas a la gesti贸n de organizaciones y proyectos. Dentro del mismo y tuve una sesi贸n de NeuroTrainingLab. Es una metodolog铆a de desarrollo de competencias de liderazgo, una valoraci贸n de competencias de la inteligencia emocional (EQ), social (SQ), y cultural (CQ), as铆 como la actividad neuro-cognitiva asociada a trav茅s del uso de herramientas de software especializado y dispositivos de EEG. Una experiencia muy interesante en que me evaluaron en tiempo real aspectos como Meta-cognici贸n, gesti贸n de emociones, gesti贸n de la Informaci贸n, gesti贸n de personas, gesti贸n del tiempo; adem谩s de indicadores neurofisiol贸gicos, entre otros. Hoy existen herramientas tecnol贸gicas, como esta que viv铆 personalmente, aplicables a la aviaci贸n. Pasar por una experiencia de este tipo ayuda a tener pautas claras y medibles, basadas en un marco de investigaci贸n cient铆fica, de aspectos neuro-cognitivos que nos ayudan a mejorar nuestro rendimiento, con una interpretaci贸n a cargo de profesionales de los resultados de la sesi贸n elaborando propuestas de trabajo en aquellos aspectos que cada uno desee mejorar.

El cerebro

Entre los conocimientos que la neurociencia aport贸 se encuentra que los cerebros de los pilotos son sutilmente diferentes de los de la poblaci贸n general. Esto ocurre de la misma forma en los m煤sicos, que tienen diferencias de volumen de materia gris en las regiones espaciales motoras, auditivas y visuales, y junto con los taxistas de Londres, que desarrollan un hipocampo agrandado despu茅s de a帽os de estudiar las m谩s de 300 rutas requeridas para los ex谩menes de Knowledge of London.

El amigo Callan y sus colegas realizaron un experimento de resonancia magn茅tica funcional en 2013, analizando la ejecuci贸n y observaci贸n de aterrizajes de aeronaves. Descubrieron que los pilotos mostraban una mayor actividad que los no pilotos en las regiones del cerebro involucradas con la simulaci贸n motora que se consideraba importante para el aprendizaje basado en la imitaci贸n. En 2014, Ahamed, Kawanabe, Ishii y Callan encontraron que los pilotos de planeadores, en comparaci贸n con los no pilotos, mostraban una mayor densidad de materia gris en la corteza premotora ventral.

驴Qu茅 alarma? Sordera m谩s all谩 de la falta de atenci贸n

La neurociencia est谩 confirmando aspectos del comportamiento del piloto que previamente se hab铆an inferido de la experiencia o, en ocasiones, de informes de accidentes. Un resultado de preocupaci贸n es que, bajo estr茅s, los pilotos literalmente no escuchan las alarmas de la cabina.

En 2017, Dehais, Callan y sus colegas enviaron pilotos a trav茅s de una carrera de pilones simulada (al estilo Red Bull) mientras estaban siendo monitoreados en un sistema de resonancia magn茅tica funcional. Las advertencias auditivas sonaron a intervalos durante la carrera. Los resultados revelaron que los pilotos pasaron por alto aproximadamente el 35 por ciento de las alarmas, pero lo que es m谩s interesante, el an谩lisis de fMRI revel贸 que los errores auditivos en relaci贸n con los golpes auditivos produjeron una mayor activaci贸n diferencial en varias estructuras cerebrales involucradas con un cuello de botella en la atenci贸n. ‘Estas 煤ltimas regiones tambi茅n fueron particularmente activas cuando el rendimiento de vuelo fue bajo‘, escriben Dehais y Callan, lo que sugiere que cuando la demanda de la tarea principal era excesiva, este cuello de botella atencional atenu贸 el procesamiento de tareas no primarias para favorecer la ejecuci贸n de la tarea de pilotaje visual. Este 煤ltimo resultado sugiere que la corteza auditiva puede apagarse literalmente cuando la tarea de volar se vuelve demasiado exigente.

Un experimento en 2016 de Dehais y sus colegas coloc贸 a siete participantes en un simulador de vuelo en movimiento que enfrentaba una situaci贸n de aterrizaje cr铆tica con humo en la cabina que requer铆a un aterrizaje nocturno de emergencia en condiciones meteorol贸gicas adversas. Los pilotos tambi茅n tuvieron que ignorar alarmas de tono bajo pero reportar una alarma de tono alto. Antes del experimento, se examin贸 a los voluntarios para determinar si eran personas 芦visuales禄 o 芦auditivas禄.

Los pilotos perdieron el 56 por ciento de las alarmas auditivas. Curiosamente, los pilotos que fueron evaluados como ‘dominantes visuales’ eran m谩s propensos a ignorar y perder las alarmas.

Los investigadores tambi茅n encontraron que las alarmas perdidas ocurrieron despu茅s de 100 milisegundos, mucho antes de la aparici贸n de la conciencia (300 milisegundos). Tomados en conjunto, los resultados apelaron a favor de un mecanismo de puerta visual a auditivo temprano y autom谩tico que literalmente apagaba su audici贸n.

Callan y Dehais (2018) realizaron un tercer experimento en condiciones de vuelo reales para mejorar la comprensi贸n de los mecanismos neuronales subyacentes a la percepci贸n err贸nea de las alarmas.

Pilotos de aviaci贸n general volaron mientras estaban conectados a un sistema EEG. Durante el vuelo, tuvieron que afrontar una exigente tarea mientras respond铆an a una alarma auditiva. Los hallazgos fueron consistentes con el estudio de resonancia magn茅tica funcional; un cuello de botella de atenci贸n se activ贸 y provoc贸 una desincronizaci贸n de la corteza auditiva, impidiendo el procesamiento preciso de las alarmas.

Callan dice: 鈥Esta serie de experimentos representa ilustraciones t铆picas del enfoque neuroergon贸mico; desde experimentos b谩sicos realizados con herramientas de medici贸n de alta definici贸n en el laboratorio, hasta la medici贸n de la cognici贸n en entornos realistas 鈥.

Algunos estudios se han centrado en el mecanismo neural de procesos espec铆ficos durante el vuelo, como la toma de decisiones (Causse et al., 2013 ; Adamson et al., 2014) y la estrategia mental (Peres et al., 2000). Se encontr贸 que las regiones frontales contribuyen a la toma de decisiones aeron谩uticas. Los m茅todos fNIRS y EEG tambi茅n se utilizaron para investigar la actividad neuronal de la memoria de trabajo y la interacci贸n coordinada del piloto en un simulador de vuelo y en condiciones de vuelo reales (Toppi et al., 2016 ; Gateau et al., 2018). Los resultados mostraron que los pilotos en condiciones de vuelo ten铆an una mayor activaci贸n de la corteza prefrontal. Adem谩s, durante el nivel m谩s alto de las fases de vuelo, hubo una densa conectividad intercerebral que un铆a las 谩reas cerebrales frontal y parietal. El vuelo de un planeador requiere que los pilotos controlen la aeronave a velocidades relativamente altas en tres dimensiones, que son los mismos procesos en el vuelo comercial (Callan et al., 2013 ; Durantin et al., 2017). Se identific贸 el aumento de la densidad de materia gris de los pilotos de planeadores en la corteza premotora y la corteza cingulada anterior, lo que podr铆a estar asociado con los procesos cognitivos y motores relacionados con el vuelo (Callan et al., 2013).

Fly safe and enjoy!

Hasta la pr贸xima
Paz y bien – N谩maste
Roberto G贸mez
rjg@flap152.com

Referencias