Mirar y tocar para comprender: Tecnologías 3D del Laboratorio de Morfología Virtual MNCN

La antropología virtual hace posible que el objeto de estudio se puede bajar de internet para que esté disponible en 3D en la pantalla del ordenador en vez de estar encima de la mesa en el museo

Unos de los avances más importantes en la paleoantropología ha sido la introducción de las técnicas de imagen como, por ejemplo, la imagen médica (tomografía computarizada, resonancia magnética), y toda la tecnología del escaneo de superficie (láser, luz estructurada, fotogrametría). Estas tecnologías, cuyo uso se resume bajo el término de la Antropología virtual sirven para digitalizar colecciones y así permitir un acceso más fácil de los investigadores a las diferentes colecciones. La antropología virtual hace posible que el objeto de estudio se puede bajar de internet para que esté disponible en 3D en la pantalla del ordenador en vez de estar encima de la mesa en el museo. Un proyecto pionero en este sentido es el de Homo naledi, descubierto en las cuevas de Rising Star, cerca de Johannesburgo, Sudáfrica. El equipo de investigación ha decidido digitalizar los restos fósiles de esta especie nueva de Homo y hacerlos accesibles libremente vía Internet (con acceso abierto).

Además, la disponibilidad digital en 3D es el prerrequisito del segundo avance tecnológico que ha experimentado la paleoantropología, el desarrollo metodológico de la Morfometría Geométrica en 3D. Tradicionalmente una estructura anatómica se ha cuantificado mediante medidas lineales, como distancias, o ángulos. Estas medidas sirven sobre todo para responder preguntas relacionadas con el tamaño, pero por su naturaleza unidimensional no pueden cuantificar información sobre la forma 3D, (la topología) de las estructuras anatómicas. En morfometría geométrica medimos coordenadas cartesianas en 3D de puntos anatómicos, curvas, y superficies que caracterizan numéricamente la forma de un objeto.

EL RENACIMIENTO DE LA ANATOMÍA COMPARADA

Frente a los avances gigantescos de la biología molecular y la genética, la anatomía comparada, a pesar de haber producido una imagen general correcta de la evolución de los organismos en siglos pasados, se consideraba una especie de 'ciencia en extinción'. Pero con los avances digitales en 3D ha vuelto a cobrar vida. Esto es así porque los fósiles de los homínidos se extraen de los sedimentos con determinadas morfologías (formas) cuya interpretación sigue siendo la fuente principal de información de la que disponemos. Hay muchas preguntas que con técnicas moleculares no podemos responder. La forma, y no la molécula, conecta el organismo con su entorno ecológico natural con el que interactúa durante la ontogenia y la evolución como sugieren los defensores de la teoría de la síntesis evolutiva extendida y la morfología virtual puede atender estos problemas.

El Dr. Bastir usa impresiones 3D de cajas torácicas de fósiles de homínidos en La Noche Europea de los Investigadores para explicar a los niños era la forma del cuerpo de Homo naledi; un buen ejemplo que indica cómo se usan las impresoras 3D en el open fablab del MNCN para la investigación en evolución humana

En Laboratorio de Morfología Virtual del Museo Nacional de Ciencias Naturales disponemos de las herramientas digitales 3D necesarias para estas líneas de investigación. Además, las hemos ampliado con la impresión 3D porque completa, epistemológicamente, 'la caja de herramientas' de la morfología virtual. Mi experiencia en el laboratorio reafirma la idea que los humanos necesitamos mirar y tocar para comprender pero la antropología virtual se queda en la mirada sola. La necesidad de mirar y tocar es una herencia de nuestros primeros antepasados primates. Su visión estereoscópica con la capacidad de mani-pular objetos con sus extremidades anteriores (manos) en un ambiente arbóreo les permitía una comprensión y una conciencia espacial de su entorno superior a otros mamíferos. (Hay científicos que ponen esta capacidad de comprensión espacial en el origen evolutivo de la conciencia). Pues, igual que a estos primates, mirar y tocar también nos ayuda a los paleoantropólogos a comprender nuestro mundo anatómico.

Un ejemplo: Nuestro cráneo se caracteriza por un gran cerebro y una cara pequeña y plana (ortognatismo). Los neandertales también tenían un cerebro grande, pero a la vez poseían una cara que no solo era mucho más grande que la nuestra, sino también proyectaba hacia delante (prognatismo mediofacial). Durante mucho tiempo los paleoantropólogos pensaban que la forma facial peculiar de los Neandertales se debía o bien a una adaptación hacia una mejor biomecánica de masticación o bien a una adaptación de sus fosas nasales al clima frio. Sin embargo, estas hipótesis no están de acuerdo con la evidencia del registro fósil por lo cual se ha propuesto recientemente que la forma cráneo-facial de los neandertales de debía al azar.

Nosotros usamos las técnicas de morfología virtual y midiendo la forma de la base de cerebro, la base del cráneo, la cavidad nasal, la cara y el tórax, hemos podido demonstrar que las diferencias entre Neandertales y nosotros se deben a dos procesos evolutivos distintos (pero no al azar). 1) Una evolución de cerebro distinto, y 2) un régimen energético corporal distinto que se expresa en el conjunto del sistema respiratorio. La evolución distinta del cerebro causa una forma (topología) de la base del cráneo distinta. Esto es importante porque la base del cráneo conecta por un lado con el cerebro y por el otro lado con los elementos de la cara. Usando impresiones 3D de las bases del cráneo de neandertales y de H. sapiens nos ha permitido jugar con estas piezas impresas en 3D, manipularlas (tocar y mirar) y así comprender su interacción espacial para poder describirlos mejor. Publicamos que una topología basi-craneal distinta en los Neandertales hace que su cavidad nasal proyecta hacia adelante mientras que las partes laterales de la cara están retraídas. Esto es la base de su prognatismo mediofacial. Además, el gran tamaño de su cara se debe a un sistema respiratorio grande que incluye no solo una gran cavidad nasal, sino también un tórax voluminoso de los neandertales. Propusimos que unas diferencias funcionales en la forma de cerebro y un peso corporal, vinculado a un gasto energético mayor, explican las diferencias en los cráneos de los humanos y de los neandertales mejor que el azar.

La morfología virtual y la impresión 3D nos permite, jugar, mirar y tocar para mejorar nuestra comprensión pero su efecto heurístico es difícil de evaluar. Es un proceso similar al de los niños pequeños, cuando encuentran un aparato, como coche juguete, lo descomponen, tocando, mirando las partes, para luego volver a intentar a montarlas y así mejor comprender ese juguete.

Precisamente por este efecto lúdico que facilita el aprendizaje he desarrollado otras aplicaciones de la morfología virtual y de la impresión 3D. Al formar parte del Museo Nacional de Ciencias Naturales -CSIC hemos iniciado una serie de proyectos en el que usamos los métodos 3D para transferir conocimiento de ciencias naturales a los grupos de niños, familias y alumnos escolares en los talleres del MNCN.

En el 'openfablab' (=laboratorio de fabricación digital abierto) del Aula de Cristal se realizan talleres donde se aprende como funciona una impresora 3D imprimiendo modelos digitales de tijeretas en el marco de una exposición actual sobre estos insectos. Otro taller incluye la impresión 3D de fósiles para luego pintarlos, y llevárselos a casa y así aprender de paleontología. Un taller -todavía en desarrollo- tiene como objetivo que los niños traigan objetos encontrados en la naturaleza (huesos, plantas, insectos muertos, etcétera) para escanearlos en el openfablab e imprimirlos en diferentes, tamaños, colores y materiales. Así los niños aplican la última tecnología 3D a objetos de ciencias naturales, y la aprenden lúdicamente, dando así un paso más hacia una mejor comprensión de su entorno natural.

Finalmente es importante indicar que la tecnología 3D del Laboratorio de Morfología Virtual contribuye a la conservación (digital) de patrimonio ya que los objetos anatómicos, paleontológicos o de colecciones de ciencias naturales una vez escaneadas quedan almacenados en las bases de datos del MNCN. Unos de los ejemplos más destacables en este sentido son las momias infantiles encontradas en las excavaciones en la búsqueda de los restos de Cervantes. En colaboración con el Proyecto Cervantes y a través de la digitalización de estas momias es posible una investigación antropológica e histórica más detallada, porque no está vinculado al tiempo que dure la campaña de excavaciones, ni limitada por la imposibilidad de extraer los restos encontrados físicamente de la cripta del Convento de las Trinitarias Descalzas. Todo ello ilustra que las tecnologías 3D del Laboratorio de Morfología Virtual MNCN sirven como un buen interfaz entre la investigación y la transferencia de conocimientos entre la sociedad y la ciencia.