Imagen – Murciélago Descansando, Muhammad Furqan, Pexels
Un murciélago puede volar en plena oscuridad, atravesar un espacio lleno de obstáculos y capturar un insecto diminuto sin necesitar la luz que utilizaríamos para verlo.
Un delfín puede localizar objetos bajo el agua incluso cuando la visibilidad es escasa.
Y algunas personas ciegas han desarrollado la capacidad de utilizar chasquidos producidos con la boca para identificar paredes, puertas, árboles y otros elementos de su entorno.
Estos fenómenos comparten un principio extraordinario.
El sonido puede transportar información sobre la forma, la distancia, la posición y, en determinadas condiciones, el movimiento de los objetos.
La capacidad de obtener esa información mediante ecos recibe el nombre de ecolocalización.
Aunque popularmente se describe como una manera de ver con sonidos, no produce necesariamente una experiencia equivalente a la visión. Se trata de una forma de percepción acústica que permite construir representaciones espaciales a partir de ondas sonoras.
Su funcionamiento combina física, biología y procesamiento cerebral.
Y revela algo fundamental sobre la percepción: conocer el espacio no depende exclusivamente de los ojos.
El sonido puede revelar objetos que no podemos ver
Cuando una fuente produce un sonido, genera perturbaciones de presión que se propagan a través de un medio, como el aire o el agua.
Estas perturbaciones transportan energía y pueden interactuar con los objetos que encuentran.
Una parte de la energía sonora puede ser absorbida.
Otra puede transmitirse a través del material.
Y otra puede reflejarse hacia el entorno.
Cuando una onda reflejada regresa hasta quien produjo o recibió el sonido, puede percibirse como un eco.
En la vida cotidiana conocemos este fenómeno cuando gritamos frente a una montaña o dentro de un espacio amplio.
Escuchamos nuestra voz y, después de un intervalo, una repetición más débil.
Pero un eco puede contener mucha más información que la simple existencia de una superficie reflectante.
El tiempo que tarda en regresar, su intensidad, su distribución de frecuencias y las modificaciones que experimenta pueden ofrecer pistas sobre las características del objeto.
La ecolocalización consiste en aprovechar sistemáticamente esas pistas.
La distancia se calcula a partir del tiempo
El principio físico más sencillo de la ecolocalización es la medición del tiempo de retorno.
Imaginemos un murciélago que emite una señal sonora hacia un insecto.
El sonido viaja desde el animal hasta el objetivo, se refleja y regresa.
Por lo tanto, recorre aproximadamente el doble de la distancia que separa al murciélago del insecto.
Si conocemos la velocidad del sonido y el tiempo transcurrido entre la emisión y el retorno, podemos calcular la distancia.
La relación básica es:
Distancia = velocidad del sonido × tiempo de retorno ÷ 2
En aire a unos 20 grados Celsius, el sonido viaja aproximadamente a 343 metros por segundo.
Si un eco regresa después de 10 milisegundos, la distancia aproximada hasta el objeto reflector será de 1.7 metros.
La división entre dos es necesaria porque la onda recorrió el camino de ida y vuelta.
En el mundo natural, el sistema nervioso de los animales ecolocalizadores utiliza información temporal extremadamente precisa para interpretar la posición de sus objetivos.
Pero conocer la distancia es solamente el comienzo.
Los ecos también contienen información sobre la forma
Dos objetos situados a la misma distancia no necesariamente producen ecos iguales.
Una pared amplia, una rama delgada y un insecto presentan superficies, tamaños y materiales diferentes.
Por ello, interactúan con el sonido de maneras distintas.
La cantidad de energía reflejada depende de factores como la orientación, las propiedades acústicas y las dimensiones del objeto en relación con la longitud de onda.
Las superficies también pueden producir múltiples reflexiones.
Un objeto complejo puede generar una secuencia de señales reflejadas desde diferentes partes de su estructura.
Al analizar esas diferencias, un sistema de ecolocalización puede obtener información sobre características del entorno.
No significa que un murciélago reciba una imagen visual formada por sonidos.
Significa que su cerebro puede interpretar patrones acústicos asociados con objetos y superficies.
La percepción resultante es una representación espacial construida mediante otro tipo de información sensorial.
Los murciélagos utilizan sonidos que normalmente no escuchamos
Muchos murciélagos que cazan insectos mediante ecolocalización emiten sonidos de frecuencias superiores al límite habitual de la audición humana.
Estas señales se conocen como ultrasonidos.
En general, el oído humano joven y sano puede detectar frecuencias de hasta aproximadamente 20 kilohertz, aunque ese límite varía entre individuos y suele disminuir con la edad.
Numerosos murciélagos ecolocalizadores utilizan señales que superan ese rango.
Las frecuencias elevadas pueden resultar útiles para detectar objetos pequeños porque están asociadas con longitudes de onda relativamente cortas.
Sin embargo, también presentan desventajas.
En el aire, las frecuencias altas suelen experimentar una atenuación considerable, especialmente a determinadas distancias y condiciones ambientales.
Por eso existe una relación entre la frecuencia utilizada, el tamaño de los objetivos y el alcance de la detección.
Los murciélagos no emplean todos el mismo sistema.
Sus señales acústicas presentan una enorme diversidad relacionada con su ecología y sus estrategias de alimentación.
No todos los murciélagos producen los mismos sonidos
La ecolocalización de los murciélagos incluye diferentes tipos de señales.
Algunas especies emiten pulsos breves cuya frecuencia cambia rápidamente.
Otras producen componentes de frecuencia relativamente constante.
También existen llamadas que combinan diferentes características.
Estas variaciones permiten aprovechar distintos tipos de información.
Las señales con cambios rápidos de frecuencia pueden facilitar la estimación precisa de distancias y la separación de ecos procedentes de objetos cercanos.
Las señales de frecuencia relativamente constante pueden resultar especialmente útiles para detectar determinadas modificaciones producidas por el movimiento.
La forma de las llamadas también depende del ambiente.
Un murciélago que busca insectos en espacios abiertos enfrenta problemas diferentes a los de otro que se desplaza entre ramas y hojas.
En espacios abiertos, puede ser útil detectar objetivos a distancias relativamente grandes.
En ambientes densos, resulta fundamental distinguir objetos cercanos y evitar que numerosos ecos se confundan.
La evolución ha producido distintas soluciones acústicas para problemas espaciales diferentes.
El cerebro debe separar la señal original de su eco
La ecolocalización exige resolver una dificultad considerable.
El animal produce un sonido y casi inmediatamente debe detectar una versión reflejada de esa misma señal.
En muchos casos, el eco es mucho más débil que el sonido original.
Además, puede llegar mientras todavía existen otras señales acústicas en el entorno.
Para interpretar correctamente esa información, el sistema auditivo necesita una coordinación temporal precisa.
En los murciélagos ecolocalizadores, diferentes mecanismos neuronales contribuyen a procesar los intervalos entre la emisión de una llamada y la llegada de los ecos.
Algunas neuronas presentan respuestas especialmente sensibles a determinadas combinaciones de señales o retrasos temporales.
Estas propiedades permiten extraer información relevante para localizar objetivos.
La ecolocalización no depende únicamente de tener un oído sensible.
También requiere un cerebro capaz de organizar las señales acústicas en una representación útil del espacio.
La dirección del eco ayuda a localizar el objetivo
Saber que un objeto se encuentra a dos metros no basta para encontrarlo.
También necesitamos saber hacia dónde está.
Los animales pueden obtener información direccional mediante diferencias entre las señales que llegan a sus oídos.
La forma de la cabeza y las estructuras externas del sistema auditivo modifican los sonidos según su procedencia.
En muchos murciélagos, las orejas poseen formas especializadas que contribuyen a interpretar la dirección de los ecos.
Algunas especies también presentan estructuras nasales relacionadas con la emisión de sonidos.
La posición y el movimiento de la cabeza pueden modificar la información acústica disponible.
A partir de esas señales, el cerebro puede estimar la dirección de los objetos.
La ecolocalización combina así diferentes dimensiones.
Tiempo de retorno para obtener información sobre distancia.
Características espectrales y temporales para distinguir objetivos.
Y señales direccionales para situarlos en el espacio.
La cacería transforma el sonido en una herramienta de precisión
Cuando un murciélago detecta un insecto, la ecolocalización puede cambiar rápidamente.
Durante la búsqueda, algunas especies emiten llamadas relativamente separadas entre sí.
Cuando identifican un objetivo y comienzan a aproximarse, pueden aumentar la frecuencia de emisión de sus pulsos.
En las etapas finales de la captura, determinadas especies producen secuencias muy rápidas conocidas como zumbidos terminales.
Esta aceleración proporciona actualizaciones acústicas más frecuentes sobre la posición del insecto.
La necesidad es evidente.
Un objetivo pequeño puede cambiar de dirección en fracciones de segundo.
Si el murciélago dependiera de información demasiado antigua, podría fallar la captura.
Por eso el ritmo de emisión de las señales puede ajustarse a la velocidad con la que cambia la situación.
El sistema funciona como un mecanismo de percepción activa.
El animal no solamente recibe información del ambiente.
Produce señales para obtenerla y modifica su comportamiento según los resultados.
Algunos murciélagos detectan el movimiento de las alas
La ecolocalización también puede revelar movimientos muy pequeños.
Cuando un objeto se mueve respecto de la fuente o del receptor, puede producirse una modificación en la frecuencia del sonido reflejado.
Este fenómeno está relacionado con el efecto Doppler.
En determinadas especies de murciélagos, las características de las señales emitidas y la sensibilidad auditiva permiten detectar cambios asociados con el movimiento de sus presas.
El batido de las alas de un insecto puede modificar los ecos y producir patrones acústicos útiles.
Algunas especies presentan adaptaciones especialmente desarrolladas para analizar esas señales.
Esto permite distinguir ciertos objetivos móviles dentro de ambientes acústicamente complejos.
La información no procede solamente de la presencia del insecto.
También puede surgir de cómo se mueve.
El océano favoreció otra forma extraordinaria de ecolocalización
Los murciélagos no son los únicos animales que utilizan ecos para orientarse o localizar objetivos.
Los odontocetos, grupo de cetáceos que incluye a los delfines, marsopas y cachalotes, también poseen sistemas de ecolocalización.
Sin embargo, el medio acuático presenta condiciones físicas diferentes.
El sonido viaja mucho más rápido en el agua que en el aire.
En el agua de mar, su velocidad suele encontrarse alrededor de 1,500 metros por segundo, aunque cambia con la temperatura, la salinidad y la presión.
Esto modifica los tiempos de retorno de los ecos.
También cambian las condiciones de propagación y atenuación de las señales.
La ecolocalización de los cetáceos evolucionó dentro de un ambiente donde la luz puede disminuir rápidamente con la profundidad y donde la turbidez puede limitar la visibilidad.
En esas condiciones, el sonido ofrece una manera eficaz de obtener información espacial.
Los delfines producen clics acústicos especializados
Los delfines pueden emitir secuencias de clics de banda ancha utilizados para la ecolocalización.
Estas señales se generan mediante estructuras especializadas del sistema nasal.
Una región de tejido graso situada en la frente, conocida como melón, participa en la transmisión y orientación de las señales acústicas.
Cuando los clics encuentran objetos, parte de su energía se refleja.
Los ecos regresan al animal y pueden transmitirse hacia el sistema auditivo mediante estructuras especializadas de la mandíbula inferior y tejidos asociados.
El cerebro procesa después esa información.
La ecolocalización permite detectar presas, obstáculos y características del entorno.
Sin embargo, las capacidades concretas dependen de la especie, las condiciones acústicas y las propiedades del objetivo.
No todos los cetáceos utilizan señales idénticas ni poseen exactamente las mismas capacidades.
El cachalote puede explorar un ambiente casi sin luz
Los cachalotes realizan inmersiones profundas en busca de alimento.
En esas regiones, la luz solar es escasa o prácticamente inexistente.
La ecolocalización desempeña un papel importante en la detección y localización de presas.
Estos animales producen clics potentes que pueden propagarse a grandes distancias bajo determinadas condiciones.
Su anatomía craneal incluye estructuras acústicas extraordinariamente especializadas.
El procesamiento de las señales reflejadas les permite obtener información relevante durante la búsqueda de alimento.
Pero es importante evitar una interpretación demasiado simple.
Los clics no funcionan como fotografías acústicas perfectas.
Su utilidad depende de la interacción entre las señales emitidas, el medio y las características de los objetos.
La ecolocalización es una forma de percepción adaptada a problemas específicos del ambiente marino.
Algunos animales utilizan ecos sin producir ultrasonidos
Aunque los murciélagos y los odontocetos son los ejemplos más conocidos, existen otras formas de orientación acústica.
Determinadas aves cavernícolas utilizan sonidos audibles para orientarse en ambientes oscuros.
Entre ellas se encuentran los guácharos y algunas salanganas.
Sus sistemas no necesariamente permiten la misma resolución espacial que los mecanismos especializados de muchos murciélagos.
Pero muestran que la ecolocalización puede evolucionar utilizando señales de características diferentes.
La capacidad de detectar ecos no depende exclusivamente de emitir ultrasonidos.
Depende de producir o aprovechar señales que regresen desde el entorno y de interpretar la información que contienen.
La evolución ha desarrollado soluciones distintas a partir de un mismo principio físico.
Los seres humanos también pueden aprender a ecolocalizar
Una de las manifestaciones más sorprendentes de este fenómeno ocurre en nuestra propia especie.
Algunas personas ciegas utilizan chasquidos producidos con la lengua para obtener información sobre su entorno.
Los sonidos se reflejan en paredes, vehículos, árboles y otras superficies.
Al escuchar las modificaciones de esos ecos, pueden reconocer características espaciales.
Esta habilidad se conoce como ecolocalización humana.
No todas las personas la desarrollan de manera espontánea ni con la misma precisión.
El entrenamiento y la experiencia pueden desempeñar un papel importante.
Además, la ecolocalización humana no sustituye de manera completa a la visión.
Su alcance y resolución dependen de las condiciones acústicas, los objetos presentes y las habilidades individuales.
Sin embargo, demuestra que el sistema auditivo humano puede utilizar información espacial mucho más rica de lo que solemos imaginar.
Un chasquido puede revelar la presencia de una pared
Imaginemos a una persona que produce un chasquido breve con la lengua frente a una superficie.
El sonido viaja hasta la pared y parte de la energía regresa.
Dependiendo de la distancia, la orientación y las características de la superficie, el eco presenta modificaciones.
Una persona entrenada puede aprender a reconocer algunas de esas diferencias.
En determinadas circunstancias, también puede distinguir objetos situados a diferentes distancias o identificar aberturas y obstáculos.
Los chasquidos resultan útiles porque generan señales breves con contenido en diversas frecuencias.
Eso permite que las reflexiones proporcionen información acústica diferenciada.
La habilidad no consiste simplemente en escuchar un eco evidente como el de una montaña.
Muchas veces se trata de interpretar modificaciones sutiles que una persona sin entrenamiento podría no reconocer.
El cerebro aprende a relacionar esos patrones con propiedades del espacio.
La ecolocalización humana revela la plasticidad del cerebro
Las investigaciones sobre personas expertas en ecolocalización han encontrado resultados especialmente interesantes.
En algunos estudios de neuroimagen, los ecos producidos por chasquidos activaron regiones cerebrales que normalmente participan en el procesamiento visual.
Esto ha sido observado especialmente en determinados participantes ciegos con experiencia en ecolocalización.
El fenómeno se relaciona con la plasticidad cerebral.
El cerebro puede reorganizar parcialmente sus funciones y utilizar información procedente de una modalidad sensorial para realizar tareas espaciales que habitualmente asociamos con otra.
Sin embargo, no significa que el oído se transforme literalmente en un ojo.
Tampoco implica que todas las personas ciegas desarrollen las mismas reorganizaciones cerebrales.
Los resultados dependen de factores individuales, la experiencia y las características de las tareas.
Lo relevante es que la percepción espacial puede construirse utilizando información sensorial diferente de la luz.
La visión no posee el monopolio de nuestra representación del entorno.
La ecolocalización tiene límites físicos
Aunque puede resultar extraordinariamente precisa, la ecolocalización no funciona de manera ilimitada.
La calidad de la información depende de varios factores.
Uno de ellos es la frecuencia del sonido.
Las longitudes de onda influyen en la interacción con objetos de diferentes tamaños.
También importa la intensidad de la señal.
Un eco demasiado débil puede resultar difícil de detectar.
Las superficies pueden absorber o dispersar parte de la energía acústica.
Además, los ambientes complejos producen múltiples reflexiones que pueden interferir entre sí.
La distancia introduce otro problema.
Conforme el sonido se propaga, su energía se distribuye y puede sufrir atenuación.
El eco debe recorrer el camino de regreso, por lo que puede llegar con una intensidad mucho menor que la señal original.
Por eso los animales ecolocalizadores ajustan sus emisiones y estrategias de acuerdo con el ambiente.
La ecolocalización no elimina las limitaciones físicas.
Las aprovecha mediante adaptaciones especializadas.
La ecolocalización inspiró tecnologías humanas
El principio de obtener información mediante ondas reflejadas también aparece en numerosas tecnologías.
El sonar utiliza señales acústicas para detectar objetos y explorar ambientes acuáticos.
Determinados sistemas permiten medir profundidades, localizar estructuras submarinas o estudiar el relieve del fondo oceánico.
El radar utiliza un principio relacionado, pero trabaja con ondas electromagnéticas en lugar de sonido.
En ambos casos, el análisis de señales reflejadas permite obtener información sobre distancia, posición y movimiento.
Los sistemas médicos de ultrasonido también aprovechan reflexiones acústicas para construir representaciones de estructuras internas del cuerpo.
Aunque estos dispositivos no funcionan exactamente como el sistema nervioso de un murciélago o un delfín, comparten fundamentos físicos.
La interacción entre ondas y objetos puede revelar características de aquello que no observamos directamente.
La naturaleza desarrolló sistemas biológicos capaces de aprovechar ese principio mucho antes de que existieran instrumentos electrónicos.
La percepción no consiste solamente en recibir información
La ecolocalización revela una característica importante del comportamiento animal.
Percibir el entorno no siempre significa esperar pasivamente a que llegue una señal.
Un murciélago produce sonidos para obtener información.
Un delfín emite clics y analiza sus reflejos.
Una persona que utiliza ecolocalización humana puede modificar la dirección de la cabeza o producir nuevos chasquidos para explorar un objeto.
En todos estos casos, la percepción está vinculada con la acción.
El organismo modifica el ambiente acústico mediante sus propias señales y utiliza las respuestas para orientar su comportamiento.
Este proceso se conoce como percepción activa.
La información sensorial y el movimiento forman parte de un ciclo continuo.
El animal detecta.
Se desplaza.
Vuelve a emitir señales.
Y actualiza su representación del entorno.
La ecolocalización es especialmente interesante porque permite observar ese ciclo de manera directa.
Lectura de fondo
La ecolocalización demuestra que el espacio puede conocerse de muchas maneras
Para los seres humanos, la visión ocupa un lugar central en la manera de describir el mundo.
Hablamos de observar, mirar, enfocar y tener una perspectiva.
Incluso utilizamos expresiones visuales para explicar procesos que no dependen de los ojos.
Decimos que comprendemos algo cuando finalmente podemos verlo con claridad.
Pero la ecolocalización revela que nuestra experiencia visual representa solamente una de las formas posibles de conocer el espacio.
Un murciélago puede construir información espacial a partir de ecos ultrasónicos.
Un delfín puede localizar objetos mediante clics acústicos bajo el agua.
Y una persona entrenada puede aprender a reconocer obstáculos utilizando señales producidas con la boca.
Los mecanismos son diferentes.
También lo son sus capacidades y limitaciones.
Sin embargo, todos muestran que el entorno contiene información que puede obtenerse mediante distintas formas de interacción física.
La luz revela ciertas propiedades de los objetos.
El sonido puede revelar otras.
Y el cerebro organiza esas señales de acuerdo con las necesidades del organismo.
Esta diversidad tiene consecuencias importantes para comprender la evolución.
Los sistemas sensoriales no surgieron para ofrecer una representación universal y completa de la realidad.
Se desarrollaron bajo presiones ecológicas particulares.
Un animal nocturno que captura insectos en vuelo enfrenta desafíos diferentes a los de un mamífero marino que busca alimento en aguas profundas.
Las soluciones sensoriales que resultan útiles en un ambiente pueden ser menos eficaces en otro.
La ecolocalización muestra cómo un mismo principio físico puede adquirir formas biológicas muy distintas.
También plantea preguntas sobre la naturaleza de la percepción.
Cuando un murciélago detecta un insecto mediante ecos, no necesita convertir necesariamente esa información en una imagen semejante a la que producirían los ojos humanos.
Su sistema nervioso debe generar una representación útil para orientar el vuelo y realizar la captura.
De manera semejante, una persona que utiliza ecolocalización puede reconocer propiedades espaciales sin que ello implique experimentar exactamente la misma sensación que produce la visión.
Esto permite distinguir entre la información sobre el mundo y la experiencia subjetiva asociada con ella.
Dos organismos pueden obtener datos sobre la posición de un objeto mediante mecanismos sensoriales diferentes.
Pero no sabemos que experimenten esos datos de la misma manera.
La ecolocalización también amplía nuestra comprensión de la plasticidad cerebral.
Los estudios sobre personas ciegas expertas en esta habilidad muestran que determinadas funciones espaciales pueden involucrar regiones cerebrales normalmente asociadas con el procesamiento visual.
La organización del cerebro es especializada, pero también posee capacidad de adaptación.
Eso no significa que todos los sentidos sean intercambiables.
Significa que las funciones perceptivas pueden depender de redes capaces de aprovechar diferentes fuentes de información.
Tal vez lo más fascinante sea que la ecolocalización transforma algo aparentemente efímero en una herramienta de conocimiento.
Un sonido desaparece rápidamente.
Sin embargo, durante su propagación interactúa con el entorno y regresa modificado por aquello que encontró.
En esas modificaciones puede quedar registrada información sobre una pared, una rama, un insecto o una presa escondida bajo el agua.
La percepción consiste, en parte, en aprender a interpretar esas huellas.
Para nosotros, la oscuridad suele significar la ausencia de información visual.
Para un animal ecolocalizador, puede ser un espacio lleno de señales acústicas.
El mundo no se vuelve necesariamente invisible cuando desaparece la luz.
Simplemente requiere otra manera de explorarlo.