Apuntes científicos desde el MIT

El investigador del MIT Marin Soljacic cuenta que una noche, cuando por enésima vez le despertó el pitido del móvil reclamando batería baja, pensó: “¿no podría encontrar algún principio físico para lograr que el móvil se cargara sólo, tan pronto llegue a casa, sin necesidad de estar pendiente de enchufarlo?”. Así empezó su cruzada particular hacia la electricidad sin cables.

Wireless electricity
¿Os imagináis que vuestro portátil funcionara ininterrumpidamente a través de una red eléctrica wireless? ¿o que algún mecanismo transmitiera electricidad a distancia a vuestro televisor, y lo pudierais poner donde quisierais sin necesidad de estar físicamente conectado a la corriente?
Sí. Sí que os lo imagináis. No es una idea tan novedosa. De hecho las bases teóricas de cómo conseguirlo se conocen desde hace muchísimo tiempo, y el inventor Nikola Tesla ya lo intentó (sin éxito) a finales del siglo XIX. Además, varias compañías ya han construido pequeños aparatos que transmiten cierta electricidad a corta distancia con ondas de radio o láser.
Pero el grupo de Soljacic ha utilizado un nuevo método para encender una bombilla de 60 vatios con un dispositivo situado a dos metros de distancia. Un logro muy considerable que ya ha generado algunas patentes y reclamado la atención de varias compañías. Además no cuenta con tantos problemas de disipación de energía como las ondas de radio, ni la complejidad que requiere el láser.
Ya se que el aparato de la foto parece muy rudimentario, pero hablando con André Kurs (el primer autor del artículo publicado el año pasado en Science), y observando cómo se enciende la bombilla, me dio la sensación de estar percibiendo los estadios preliminares de una nueva tecnología que sin duda será cotidiana en el futuro. Muchas veces, cuando los científicos te presentan sus investigaciones aparece en tu mente un “quien sabe…” . Pero este caso me incita a creer que (sea con la técnica de Kurs y Soljacic, u otra desarrollada en un laboratorio diferente), dentro de unos años tendremos a nuestro alcance dispositivos transmitiendo electricidad por el aire en industrias, lugares públicos, o incluso hogares.

El mecanismo: Resonancia magnética
La clave del trabajo de André Hurs y Marin Soljacic es combinar el hecho de que los campos magnéticos inducen electricidad, con un fenómeno físico llamado resonancia:
Todos los objetos tienen una frecuencia de resonancia determinada, y si consigues hacerlos vibrar a esa frecuencia específica, la energía de la vibración se amplifica considerablemente. Es lo que ocurre cuando un grito muy agudo consigue romper una copa , o en las famosas imágenes de puentes oscilando de manera inverosímil.
Estos eran dos ejemplos de resonancia mecánica, pero los mismos principios se pueden aplicar al magnetismo. Se trata de construir un dispositivo que genere un campo magnético, enviarlo por el aire, y hacer que sólo resuene en el aparato receptor.
Pero como en explicaciones científicas, una imagen vale mucho más que mil palabras, os comento el siguiente esquema que he robado de la revista “popular science ”. (Que por cierto, ya tiene versión en español desde hace un par de números)

Un circuito (A) conectado a un enchufe transforma la corriente estándar de 60 hertzios a 10 mega hertzios, y la transmite a una bobina (B) que emite un campo magnético de dicha frecuencia.
Otra bobina (C) de exactamente las mismas dimensiones recibe el campo magnético, resuena a la misma frecuencia, y por un proceso llamado inducción magnética atrapa la energía del campo magnético e induce una corriente eléctrica que hace iluminar la bombilla (D).

Aplicaciones
André Kurs me dijo que todavía falta recorrer mucha investigación básica hasta que tenga sentido implantar esto en casas y espacios públicos, pero se mostraba absolutamente convencido de su viabilidad futura. Las primeras aplicaciones serán industriales, médicas… en sitios o circunstancias en las que resultaría muy beneficioso prescindir de cables, o incluso baterías.
Aspectos a mejorar son la distancia de alcance y la eficiencia. Es un logro que este mecanismo sólo pierda el 50% de la energía que invierte, pero con la situación energética actual sólo puede ser coherente implantarlo a gran escala si resulta muchísimo más eficiente.
Algunas voces también han mostrado cierta preocupación sobre posibles efectos sobre la salud, y la sensación de estar dentro de un microondas. Aunque a priori no hay motivos para preocuparse, sin duda deben ser investigados.

Nos sorprendimos hace algunos años con la llegada masiva de unos teléfonos que no requerían cables. Hace menos cuando incluso la información por Internet viajaba de manera inalámbrica. Quien sabe si algún día la electricidad emulará al mundo wireless, y dejaremos de tener esos líos de cables por debajo de los escritorios, no buscaremos desesperadamente enchufes en conferencias o lugares públicos para conectar el portátil, en nuestra casa pondremos lámparas y aparatos eléctricos donde queramos, nos olvidaremos definitivamente los dichosos alargadores, o nunca se terminará la batería del móvil.

Este es mi cerebro.
Hoy mismo he pasado 2 horas dentro de un claustrofóbico aparato de resonancia magnética, inmóvil, haciendo tests mientras el escáner registraba qué zonas de mi cerebro estaban activas mientras mentía, y en qué intensidad.
El estudio lo dirige Stephen Kosslyn de la Universidad de Harvard, pero quien de verdad lo realiza es Rogier Klevit, a quien también conocí en fase nocturna, y tras varias copas me convenció para participar como voluntario en alguno de sus experimentos con fMRI.

Los preparativos empezaron ayer jueves. Acudí al despacho de Rogier y rellené el típico papeleo donde dice que si pasa algo raro es mi culpa porque ellos ya me han avisado (exagero). Entonces me pidió que resolviera unos tests para averiguar mi destreza visual, y que redactara una lista con una serie de datos (me han pedido que no los especifique). Le pregunté el porqué, pero me contestó que no podía explicarme absolutamente nada sobre el estudio. No debía condicionar mis pensamientos antes de entrar en el scanner.

Total, que hoy a mediodía me presenté en el centro de Imagen por Resonancia Magnética del Massachussets General Hospital. Tras avisarme que estaría dos horas tumbado oyendo ruidos molestos e intentando no mover un solo músculo, me pasaron una lista relacionada con los datos que yo había escrito.

El scanner es estrecho, pero no resulta incómodo. Tu cabeza está fija con una especie de espuma, por lo que resulta fácil mantenerla completamente quieta. El único contacto con los investigadores es una pequeña pantallita frente tus ojos por la que recibes la información, y dos teclas en tu dedo índice y corazón con las que contestas “si” o “no” a las preguntas que te hacen.

El primer escáner de resonancia magnética es estructural (MRI). No mide actividad, sólo hace un mapa tridimensional extremadamente completo de tu cerebro (con imágenes como las que veis en la foto de arriba, y en la pantalla de la izquierda). Sobre él insertarán después los datos de actividad cerebral.

El segundo ya es funcional (fMRI). Mide qué zonas están activas mientras piensas o realizas una serie de acciones.
La primera prueba es muy sencilla. La pregunta que debes responder es. Van pasando parte de los datos anteriores, y debo contestar cuáles tienen sentido para mi. La respuesta es "No" para todos ellos, menos para dos.
Cada tanda dura unos 4 o 5 minutos, y la repiten varias veces simplemente modificando el orden de los datos.

Luego cambian las instrucciones: Te piden que cuando veas un dato determinado que sí tiene sentido para ti, mientas. Tienes que contestar que NO en lugar de si.
En principio, cuando miento de forma consciente, una zona de mi cerebro presenta mayor actividad. Eso ya estaba demostrado, e incluso hay empresas como No Lie MRI que ofrecen sus servicios como detectores de mentiras. Te van haciendo preguntas del estilo “¿tu hija se llama ana?”, ¿tienes un coche verde?, “¿trabajas como abogado?” “¿has sido infiel a tu mujer?” y… “¡vaya! En la última pregunta una zona de tu cerebro indica que mientes…"

¿Tan sencillo? Esto es lo que intenta averiguar el estudio en el que he participado. Y por eso todavía quedaba una siguiente prueba.
Me han pedido que no explique la metodología en detalle. Sólo puedo contaros que añaden una pequeña dificultad para ver cómo se ve alterada la señal, y si interfiere de forma parecida a el hecho de mentir. En el fondo están evaluando si la técnica de fMRI es un buen detector de mentiras o no.

No puedo entrar más a fondo en el estudio, pero sí explicar un par de sensaciones.

¡Dos horas inmóvil dentro de un tubo estrecho con la posición que veis en la foto! Pues la verdad, ha resultado menos complicado de lo que pensaba. De hecho, con lo aburrido que era, varias veces casi me quedo dormido. Se lo confesé a Rogier y le pregunté si era importante. Me dijo que en mi caso no, pero que en otros estudios, si alguien se adormece los resultados en principio dejan de ser válidos.

Segunda duda: Los pensamientos son difíciles de controlar. Estás leyendo fechas y la cabeza se va donde le da la gana… te acuerdas de lo bien que te lo pasaste el fin de semana, de algo que te preocupa, reflexionas sobre el propio estudio en el que estás participando, sobre qué escribirás en el blog… ¿Afectará esto a los resultados? Rogier de nuevo afirmó que en mi caso no, pero que en otras situaciones es un factor importantísimo.

Por cierto, y como curiosidad: Me darán 100 dólares por las 4 horas invertidas durante estos dos días. No es mucho, pero precisamente ayer cuando lo comentaba con el investigador Simon Overduin, me dijo que él llevaba más de 300 horas dentro de escáneres. Le resultaba un buen sobresueldo.
Hago esta acotación porque no puedo dejar de explicaros lo que ayer por la tarde me mostró Simon en el McGovern Institute del MIT. Su grupo investiga sobre el papel del cerebro y la médula espinal en los movimientos corporales. Uno de los modelos animales que utilizan son las ranas toro, que miden más de un palmo. Pues bien, les quitan el cerebro, dejan la médula y el encéfalo, y se dedican a suministrar impulsos eléctricos y analizar cómo mueven las patas. Pero lo que me impactó es que las ranas viven sin cerebro durante dos semanas!
Incluso tienen otra preparación en la que en un medio de cultivo especial conservan sólo la médula y una pierna, para estudiar también su movilidad. Impresionante… intentaré profundizar en otro post.

Y ya termino con un último detalle, la maqueta del primer aparato de resonancia magnética que existió. Lo construyeron ingenieros del MIT, y tomó su primera medida en 1969. Es el de la derecha. El de la izquierda es donde me he metido hoy.

En 1966 el neurocientífico Richard Gregory hizo famosa la siguiente frase aparecida en su libro “Del ojo al cerebro: psicología de la visión”:

“One of the difficulties in understanding the brain is that it is like nothing so much as a lump of porridge “

algo así a:
“Una de las dificultades para comprender el cerebro es que es poco más que un grumo de papilla espesa”

Comprendí el sentido de esta expresión durante un curso intensivo de neuroanatomía, en el que tras hablarnos de las diferentes partes del cerebro, sus funciones, complejidad, conexiones, patologías, terapias… nos llevaron a un laboratorio y nos dieron un cerebro de oveja a cada uno para que lo diseccionáramos.

Todo está allí metido, en ese trocito de carne a oscuras. Lo observas de cerca y piensas: ¿Con esto la oveja oye, huele, aprende, se orienta, mantiene las funciones de su cuerpo, siente dolor, coordina movimientos…? Entonces te piden que lo explores para ver su estructura interna e identificar las partes con las que realiza cada tarea.
Pues nada… si se tiene que diseccionar, se disecciona. Mano de espátula... y a cortar! A ver si sacamos algún que otro recuerdo…

Lo primero fue quitar el cerebelo, ese bulto redondo que veis detrás de los dos hemisferios en la foto de arriba, y que aparece cortado en la de la izquierda.
Que no se enfaden los fisiólogos, por lo de “bulto”, ni por la salvaje simplificación que voy a hacer sobre las funciones de las diferentes estructuras del cerebro.
(lo que realmente me apetece es mostraros las fotos…)

La principal tarea del cerebelo es la coordinación de movimientos, mantenimiento del equilibrio, y aprendizaje de habilidades motoras.
Representa sólo el 10% en volumen del encéfalo (cerebro + cerebelo + tronco cerebral), sin embargo contiene el 50% de todas sus neuronas.
Cuando alguien sufre alguna lesión en el cerebelo es incapaz de moverse correctamente, calcular distancias, pierde masa muscular, se tambalea y cae con frecuencia.

En esta fotografía podéis ver varias estructuras redondas en la base del cerebro. Las cuatro pequeñas de abajo son los colliculus superiores e inferiores (estos últimos difíciles de apreciar). Están relacionados con la percepción de movimiento y el campo visual.
Las dos áreas ovaladas de arriba, más grandes, son el tálamo, la zona por la que pasa toda la información sensorial hacia el cortex, a excepción de la olfativa.
El pequeño apéndice que se distingue en el centro, por debajo del tálamo, y que se aprecia mucho más claramente en la foto siguiente es la glándula pineal.

Este diminuto cono que parece..., .... es donde se produce la melatonina, la hormona implicada en los ciclos circadianos y la regulación del sueño y la vigilia. Todavía hay discusión sobre la variedad de procesos que regula la glándula pineal a través de la melatonina. Está relacionada con el desarrollo sexual, la hibernación en animales, y el metabolismo. Su localización tan céntrica hizo que durante cierto tiempo se le asignara un rol central en la gobernación de todas nuestras actividades metabólicas.
La "cola" que veis es el tronco cerebral (brain stem). Comunica el cerebro con la médula espinal, y controla la respiración, el ritmo cardíaco y el dolor.

La fina capa que John Fahey sujetaba mientras yo tiraba la foto es el hipocampo, cuyo principal papel es la formación de la memoria.
Es conocido el caso HM, un joven al que se le extirpó el hipocampo y dejó de registrar recuerdos nuevos. Recordaba sucesos ocurridos antes de su operación, pero su memoria temporal sólo duraba unos minutos. Después, perdía la noción de donde estaba, a quien conocía, o que sucedía en su vida. El hipocampo forma parte del sistema límbico, el centro de nuestras emociones básicas y que nos da tantas satisfacciones.

Como habréis observado, no era mi objetivo hacer un resumen riguroso de la neuroanatomía del cerebro, sino simplemente transmitiros visualmente la experiencia de la disección, y algunos apuntes sobre lo que dio de si la exploración anatómica de las funciones del cerebro.

La neurociencia ha cambiado de forma abismal desde la frase inicial de Richard Gregory. En muchísimos aspectos (sólo hace falta recordar el artículo de Miquel ). Pero en lo que respecta a la localización de tareas en el cerebro, en los años 90 apareció una herramienta que está provocando una revolución: las Imágenes de Resonancia Magnética funcional (fMRI). El principio es muy simple: la actividad cerebral implica cambios en el flujo de sangre. Por tanto, si puedes observar que zonas tienen más riego sanguíneo cuando alguien realiza una determinada función, sabrás que esa es el área implicada en dicha tarea.

Uno de los aspectos por los que la neuroimagen es tan revolucionaria es porque permite estudiar los cerebros “normales”. Hasta ahora, lo habitual era identificar personas con lesiones cerebrales o embolias, ver qué funciones quedaban afectadas y correlacionarlas. Richard Restak en su muy recomendable libro “el cerebro desnudo” dice: “sabemos más de cómo funcionan los cerebros anormales que los normales”.
Ahora con la fMRI se amplia tremendamente el rango de comportamientos que se pueden analizar. Permite saber qué zona de mi cerebro se activa mientras escribo este texto, del vuestro mientras lo leéis, comprobar que cuando observáis las fotografías de arriba se encienden otras, que si os giráis para mirar la cara de un compañero se activará una completamente diferente (como nos explicó Nancy Kanwisher en uno de nuestros primeros seminarios), y saber si además, también se activa alguna área relacionada con las emociones.

Pero no sólo eso, esta tecnología permite observar el cerebro en interacción con su contexto social. Se está hablando del hiperscanning, que consiste en hacer fMRI de personas interactuando entre ellas.
Se están escaneando cerebros en todo tipo de acciones sociales, analizando si nuestros comportamientos son automáticos o controlados, o si tienen una carga más emocional o racional.
Ya ha nacido la neurociencia social, que recoge disciplinas emergentes como la neuroeconomía, que analiza nuestra toma de decisiones, el neuromárketing, que analiza el comportamiento del consumidor, la neurofilosofía que ya comentamos en un anterior post , o la neuroteología, que estudia las zonas implicadas en las experiencias místicas o religiosas.
Se pronostica una cierta invasión de nuestra propia personalidad mediante estas técnicas. Por eso también ha aparecido la neuroética (guardaros esta palabra), que vigila las futuras aplicaciones de esta información por parte de compañías, durante juicios, selección de personal, u otras situaciones, una vez la tecnología esté más desarrollada.

Las voces críticas aseguran que estamos llegando a una cierta neofrenología, cargada de exageraciones, conclusiones simplistas, y frases como “El amor es sólo un mecanismo biológico localizado en esta parte del cerebro”. Por suerte, la interpretación de los datos científicos no son propiedad exclusiva de sus autores.