El CRM participa en un projecte europeu que estudia la presa de decisions i la percepció del risc en entorns de muntanya

En algun lloc dels Pirineus orientals, una guia de muntanya té sis clients darrere seu, i el temps està canviant. Fa dues hores feia bon temps, cosa que ara no compta per a res. Núvols baixos, neu humida a la carena. Ha de decidir si continua o torna enrere, i aviat, perquè el grup s'està refredant i un d'ells no para de preguntar pel cim. S'ha entrenat per a aquest tipus de moment. Però també funciona amb menys oxigen que al nivell del mar, i el seu cervell, l'òrgan que realment pren la decisió, està fent alguna cosa amb l'avaluació de riscos que la neurociència pot descriure a grans trets però que encara no pot predir. Qualsevol procés que porti a la seva decisió s'activarà i es resoldrà en mil·lisegons. Deixarà febles traces elèctriques a l'escorça. Ningú fora d'un laboratori de recerca normalment pensaria a mesurar aquestes traces, i fins i tot dins d'un laboratori, són difícils de llegir.

NeuroMunt vol intentar llegir-les de totes maneres, a l'aire lliure, a la muntanya.

El projecte, finançat pel programa europeu POCTEFA i coordinat pel Universitat de Perpinyà Via Domitia, reuneix psicòlegs esportius, investigadors del son, rescatistes de muntanya, fisiòlegs, matemàtics i centres d'entrenament d'ambdós costats dels Pirineus. El CRM aporta un component específic a aquest consorci: l'anàlisi matemàtica i computacional dels senyals cerebrals enregistrats al camp.

«Una tasca molt concreta que té el CRM és generar un conjunt d'eines, com una caixa d'eines, per analitzar senyals electroencefalogràfics (EEG),» diu Axel Masó, un investigador postdoctoral del CRM contractat per al projecte. “El nostre conjunt d'eines incorporarà mètriques de sistemes no lineals, mètriques de complexitat, com ara l'entropia o altres conceptes de sistemes complexos i estadística.”

Les dades d'EEG d'un laboratori ja són complexes. Les dades d'EEG d'algú que es mou per un entorn de muntanya són una altra cosa. Les eines de processament estàndard es van crear per a entorns controlats on es pot repetir un experiment si l'enregistrament és deficient, el subjecte es queda quiet i l'habitació està en silenci. Res d'això s'aplica aquí. Tens una presa de cada enregistrament, el subjecte està escalant o esquiant, i els elèctrodes capten cada sacsejada i ràfega de vent. L'equip ho ha après de la manera més difícil, treballant amb enregistraments preliminars, i això ha donat forma a tot l'enfocament: abans de poder analitzar res, cal esbrinar quines parts del senyal val la pena analitzar.

La Grup de Biologia Matemàtica i Computacional, codirigit per un investigador Josep Sardanyés, treballa en aquest tipus de problema en sistemes biològics. «Entendre com funciona el cervell és extraordinàriament complicat», diu Sardanyés. «Probablement estem parlant d'un dels sistemes més complexos, amb processos que operen a diferents escales: la neurona individual, grups de neurones, regions del cervell, tot el cervell». L'EEG captura l'activitat cortical macroscòpica, el comportament elèctric a gran escala del cervell. La feina del CRM és desenvolupar les matemàtiques per llegir aquest senyal correctament.

En termes concrets, l'equip està construint programari per quantificar la complexitat dels enregistraments d'EEG i comparar-los en diferents situacions. Mesures d'entropia, autocorrelació, patrons de sincronització, tècniques per caracteritzar el caos: les eines provenen de la teoria de sistemes dinàmics i estan dissenyades per detectar estructures que l'anàlisi clínica estàndard passaria per alt. Aquestes tècniques no s'utilitzen habitualment a la comunitat d'EEG. «Veure com es comporten aquestes mesures en diferents escenaris podria ser molt important per comprendre la dinàmica cerebral a gran escala en entorns muntanyosos complexos i en condicions de risc», afirma Sardanyés. Una pregunta central és si la sèrie temporal d'EEG té un aspecte diferent quan una persona s'acosta a una decisió. Si és així, les matemàtiques haurien de poder mostrar com.

Un concepte de l'enfocament del CRM és particularment suggeridor. En camps com l'ecologia i la medicina, els investigadors han desenvolupat mètodes per detectar el que es coneix com a senyals d'alerta primerenca: canvis mesurables en una sèrie temporal que indiquen que el sistema s'acosta a una transició crítica, un punt d'inflexió. El marc matemàtic està ben establert per a ecosistemes a la vora del col·lapse o pacients que s'acosten a una crisi clínica. Sardanyés i l'equip volen aplicar la mateixa lògica als senyals cerebrals enregistrats prop d'un punt de decisió. La idea és que una decisió, triar entre dues opcions sota pressió, es pot comportar matemàticament com una bifurcació.

«Aquests senyals d'alerta primerenca es poden mesurar directament a partir de sèries temporals. Ens indiquen com de prop està el sistema d'una transició o bifurcació; en aquest cas, una decisió entre dues opcions.»

Josep Sardanyés, CRM

Si l'analogia es manté, el senyal EEG hauria de mostrar canvis detectables a mesura que s'acosta el moment de la decisió. Si és així és una de les coses que comprovarà el projecte.

«Des d'una perspectiva fonamental, el senyal d'EEG té característiques específiques dels sistemes complexos», explica Masó. «Això permet analitzar-los amb eines que no són estàndard dins de la comunitat d'experts en anàlisi d'EEG. El CRM aporta aquesta perspectiva més fonamental, per saber si aquestes eines seran les que ens permetran determinar si una persona entra en estat de pànic davant d'un risc».

El conjunt d'eines s'està desenvolupant ara, en la fase inicial del projecte, utilitzant dades preliminars d'una font inesperada. Abans que comencés NeuroMunt, el corredor d'ultratrails Kilian Jornet va registrar l'activitat EEG durant les expedicions de muntanya com a part de la seva Connexions alpines projecte, en què va recórrer tota la serralada alpina i va unir tots els pics per sobre dels 4,000 metres en 19 dies sense transport motoritzat: 1,207 quilòmetres i més de 75,000 metres de desnivell acumulat, corrent, escalant i anant amb bicicleta. Durant l'expedició, Jornet portava equip d'EEG i va registrar l'activitat cerebral en diferents condicions: en repòs, caminant i escalant. Aquests enregistraments, recollits en condicions reals amb tot el desordre que això comporta, s'han convertit en el camp de proves dels mètodes del CRM. «Hem de descartar una gran part de les dades», diu Masó. «Això redueix enormement la capacitat predictiva de l'anàlisi». El primer resultat de tot això és saber on col·locar la lupa dins de les dades. Saber exactament què mirar i on mirar, això ja és un resultat en si mateix."

L'anàlisi inicial ha donat alguna cosa que val la pena destacar. «Els primers resultats suggereixen que observem diferències en la complexitat del senyal entre diferents activitats i diferents entorns de risc», diu Sardanyés. L'equip està treballant per consolidar aquestes troballes amb dades addicionals i amb els models matemàtics de presa de decisions del costat de la UPC de la col·laboració. Encara és preliminar, però el senyal, per dir-ho d'alguna manera, sembla que hi és.

David Romero, Responsable de la Unitat de Transferència de Coneixement del CRM, planteja el repte de manera diferent. Per a ell, l'obra es troba a l'extrem més llunyà d'una llarga cadena de traduccions. I la cadena va en ambdues direccions. "Farem coses amb bolígraf i paper, per dir-ho d'alguna manera, per resoldre un problema real que existeix en l'entorn social de la muntanya".

Els col·laboradors més propers del CRM en el projecte són a Universitat Politècnica de Catalunya BarcelonaTech (UPC). Professors Toni Guillamon i Tomàs Lázaro, tots dos també investigadors afiliats al CRM, construiran models matemàtics de presa de decisions, basant-se en la teoria de sistemes dinàmics de la neurociència computacional i la teoria de jocs. L'equip del CRM, per la seva banda, analitza els senyals en brut. Romero descriu com es connecten les peces: "Parlarem molt amb la UPC per alimentar els seus models amb dades, calibrar-los o donar suport a certes decisions. Però alhora, hi ha una altra capa d'interacció amb la gent de França, que donarà un significat més psicològic a les mètriques que extraiem".

A la pràctica, Lázaro i Guillamon han estat analitzant dades de corredors de muntanya i parapentistes d'elit, atletes les decisions dels quals sota pressió ja estan sent monitoritzades de prop. Hi ha, explica Lázaro, dos tipus de responsables de la presa de decisions: els ecos, que són perfectament racionals i sempre optimitzen, i el els éssers humans, que no són i no ho fan. La muntanya és on aquesta distinció deixa de ser teòrica.

«Hi ha una visió científica d'un comportament que és molt humà. I això ja és un repte en si mateix.»

Tomàs Lázaro, UPC / CRM

Un festival de ciències de muntanya a Les Angles, als Pirineus francesos, presentarà al públic resultats parcials i finals, i també hi ha previst un congrés científic internacional. Romero veu aquests com l'altre extrem de la cadena. "L'objectiu també és donar eines als entrenadors de muntanya", diu, "i això completa tot el viatge d'anada i tornada en aquest problema, impactant en quelcom que està molt lluny de la recerca bàsica però hiperaplicat i molt específic del medi natural".

«És un projecte que abasta un coneixement molt ampli», explica Guillamon, parlant del funcionament intern del consorci, «i és impossible per a nosaltres, com a matemàtics, trobar un punt en comú directe amb els guies de muntanya de seguida. Però el projecte té prou especialistes en totes les àrees perquè hi hagi una continuïtat de coneixement». Ell atribueix Élodie Varraine, el coordinador de Perpinyà, amb la reunió de l'equip d'aquesta manera. Sardanyés ho explica en termes més operatius: el projecte compta amb atletes d'elit, guies de muntanya, experts en son i neurocientífics que recolliran les dades de camp i ajudaran a interpretar-ne el significat. «Aquest és un projecte on la multidisciplinarietat és clau», diu, «i que pot produir resultats d'interès científic i aplicat real». Els matemàtics no poden fer el treball de camp i els professionals de la muntanya no poden construir les eines analítiques. El projecte només funciona perquè les dues parts hi són.

Ajuda que tothom que hi participa visqui a prop. «Tots els socis són molt propers», emfatitza Masó. «Tot i ser un projecte europeu amb una perspectiva europea, també té aquest component local que facilita molt la interacció amb els socis».

Els experiments de camp dissenyats específicament per a NeuroMunt encara no han començat. Els protocols encara s'estan escrivint. Ningú sap si els primers patrons de les dades de Jornet es mantenen quan es proven amb conjunts de dades més grans i controlats. Romero torna a la mateixa frase: "Hem de saber on posar la lupa". I aquesta lupa és, en el fons, matemàtica. Projectes com NeuroMunt necessiten gent que conegui les muntanyes i gent que conegui el cervell, però també necessiten gent que pugui mirar una sèrie temporal sorollosa i trobar la geometria que s'hi amaga.