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Historia de un ignorante, ma non troppo… Sinfonía núm. 6, Trágica, de Gustav Mahler

En esta longeva serie musical han aparecido ya varias obras del gran Gustav Mahler, en mi modesta (e ignorante) opinión, el mejor y más completo sinfonista que han dado los tiempos. Efectivamente, he dedicado un artículo a su Quinta Sinfonía, otro a su Primera Sinfonía, Titán,, otro más a su Segunda Sinfonía, Resurrección, otro a su Tercera Sinfonía y, por fin, otro más a su monumental Octava Sinfonía, de los Mil.

Todas ellas son inconmensurables, son magníficas, son… perfectas. Son como el mundo, lo abarcan todo. Y perfecta es la sinfonía que viene hoy a estas páginas: su Sexta Sinfonía en la menor, Trágica. Una sinfonía que realmente hace honor a su sobrenombre de “Trágica”, dado que es la única de todas las sinfonías de Mahler que termina rematadamente mal. Y eso que en la época en que fue escrita, entre 1903 y 1904, el compositor bohemio vivía una época feliz. En lo personal, casado con su adorada Alma Mahler, de soltera Alma Schindler, una de las grandes animadoras de los salones vieneses. Además, justo ese año nació su segunda hija, Ana. Y, en lo profesional, su trabajo como director de la Ópera de Viena le estaba reportando éxito tras éxito… aunque es cierto que la profundamente antisemita Viena de principios del siglo XX no podía tragar con un director de éxito que fuera judío (por mucho que Gustav apostató del judaísmo y se hizo católico, pero ni así), y los ataques eran constantes…

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¡Hablemos de la memoria! 2 De largo plazo

En la entrada anterior de esta serie sobre la memoria, que dedicamos a la memoria a corto plazo habíamos comentado cómo las experiencias, pensamientos y aprendizajes dibujan en la arquitectura neuronal una homología física que se conocen como mapas neuronales. En la base de esos mapas está la conversación preferente conjunta y continuada entre neuronas. Ese comportamiento lleva a un reforzamiento hebbiano de las uniones en estas arquitecturas particulares, lo que constituye lo que se conoce como el reforzamiento a largo plazo, de donde creemos que emana la memoria. Es decir, para que fijemos de forma duradera una experiencia necesariamente se precisan dos neuronas concretas entre las que se establece una relación sináptica firme y lo más reiterada posible, proceso durante el que se realimentan e informan mutuamente. La consecuencia es un mapa neuronal reforzado del recuerdo, mapa que el cerebro va a tratar con una cierta preferencia.

Una población celular neuronal del cerebro en la que destacan las neuronas piramidales de diversos tamaños y somas triangulares, y las células neuronales estrelladas de somas más redondeados (Imagen de “Prácticas de histología”, Unidad de Histología de la Universitat de València, fair use)

Veremos en la entrada de hoy cómo eso se concreta en la fisiología funcional de las neuronas y sabremos de la existencia de detectores coincidentes que permiten “saber” a la neurona presináptica que la postsináptica está activa cuando ella lo está y, a la vez, que la postsináptica está activa cuando también lo está la presináptica. Más concretamente, cada neurona de la pareja sináptica “sabe” dónde se está realizando la sinapsis particular entre ellas (recordemos que cada neurona realiza en promedio unas diez mil sinapsis). Pasemos pues a ver como la experiencia repetida y repetitiva cambia y refuerza a las sinapsis y además hace que esos cambios sean duraderos: estamos hablando de la memoria a largo plazo. Sigue leyendo ›

¡Hablemos de la memoria! 1 De corto plazo

En el conocimiento del funcionamiento fisiológico y conductual del cerebro se revelan como absolutamente condicionantes los procedimientos neuronales que fijan la memoria. La memoria nos hace humanos. Hace que el Yo unitario y definido en cada tiempo-espacio se proyecte precisamente en el tiempo y el espacio generando una autobiografía interna de la propia historia del poseedor de ese Yo. Autobiografía en donde apoyamos nuestra consciencia, de donde surgen nuestras habilidades de raciocinio.

Si has seguido la serie publicada en este blog de El Cedazo, que titulamos como “El Conectoma cerebral,[1] supongo que por tu cabeza rondará la idea de que somos y actuamos no porque las neuronas tengan habilidades mágicas en sí mismas, sino porque sus redes sociales, el conectoma, es como es: definido por la genética y modulado por la experiencia.

Como no podía ser de otra manera, al ser la memoria una habilidad neuronal está soportada en el conectoma, en particular a su nivel más “micro” de las sinapsis entre neuronas. Supongo que ya sabéis que las sinapsis son las vías de “chateo” entre las neuronas mediante la actuación de mediadores químicos que modulan sus reacciones. Determinados patrones en esas conversaciones conllevan un reforzamiento de las alianzas entre ellas. Es la famosa frase hebbiana acerca de que “dos células o sistemas de células que están continuamente activas al mismo tiempo tenderán a convertirse en “socias”, de manera que la actividad de una facilitará la de la otra”.[2] La mayoría de los neurocientíficos de hoy en día creen que en las alteraciones de las sinapsis, en esas asociaciones para el refuerzo mutuo, está la base del aprendizaje y que la memoria es la estabilización en el tiempo de esos cambios.

En esta serie me propongo hablar de la biología y el relato neurológico que permite la propia existencia de la memoria.

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  1. O cualquier otra publicación que hable del tema. []
  2. The Organization of Behavior”, página 72, Donald O. Hebb, Wiley editores, 1949, New York. []

Explorando el álgebra geométrica 17 – Rotaciones en el espacio euclídeo tridimensional (II)

Siguiendo con la serie dedicada al álgebra geométrica, en esta entrada seguiré con las rotaciones que comenzamos a ver en la entrada anterior, pero hablaré del tratamiento, digamos, más convencional de las rotaciones. En los planes de estudio lo habitual es introducir las rotaciones como transformaciones lineales y utilizar las correspondientes matrices ortogonales para representarlas. Sin embargo, en las aplicaciones prácticas el uso de los rotores (cuaterniones unitarios) del álgebra geométrica es de conocimiento obligado por las razones que veremos al final.

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Historia de un ignorante, ma non troppo… Sinfonía num. 2 de Kalinnikov

Hace nada menos que diez años que publiqué en esta obviamente longeva y sin duda torpe serie sobre música clásica un artículo glosando la magnífica primera sinfonía de Vasily Sergeievich Kalinnikov. En él conté la desdichada historia de nuestro protagonista de hoy, hijo de policía, medio autodidacta y ºde gran talento que, cuando parecía que su vida tomaba por fin un giro optimista… contrajo la tuberculosis, esa terrible segadora de vidas que tanto se cebó con los artistas del siglo XIX y principios del XX.

En aquel viejo artículo conté brevemente la biografía del buen Vasily Kalinnikov, y dado que nada ha cambiado en ella no voy hoy a repetirla, por lo que este artículo de hoy será muy cortito para mis inveteradas costumbres.

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¡Hablemos de brújulas animales! IV. La teoría 2: La brújula

En la entrada anterior habíamos iniciado la explicación de la física que puede explicar la “brújula química” que utilizan los animales para orientarse gracias al campo magnético terrestre. Todo quedaba bajo la mano de lo que se conoce como un par de radicales, con unas vibraciones energéticas a nivel hiperfino que quizás pudieran ser influenciadas por el campo magnético terrestre. Las consecuencias de esa interacción podrían hacer posible la tan ansiada brújula. Nos habíamos quedado con una familia de esos pares de radicales, que habíamos imaginado en un tejido orgánico, que habían surgido por la acción de la luz sobre un electrón de los dos que se sitúan en el orbital externo de una molécula, el cual habría saltado a otra molécula. Ese es el par de radicales en el que resuenan superpuestos los estados de singlete -con espines antiparalelos en los dos electrones - y de triplete -espines paralelos-. Un especial objeto físico-químico que, siguiendo las leyes cuánticas, es capaz de permanecer unos pocos μsegundos como un estado cuánticamente coherente. Decíamos también que en ese breve espacio de tiempo podían suceder cosas antes de sucumbir al ruido térmico medioambiente.

¿Qué pueden ser esas cosas? O que las moléculas presentes en el par (i) regresen a su estado inicial, lo que implica que una de ellas vuelva a tener en su orbital externo a dos electrones con espines antiparalelos, o (ii) que tenga la oportunidad de acoplarse a otros actores. Esto último sucede gracias a que los electrones no emparejados de un radical generalmente pueden interactuar con varios núcleos vecinos simultáneamente, en parte porque están deslocalizados, es decir, se extienden sobre una porción de la molécula más allá de su teórico átomo, y en parte porque en su cercanía física hay átomos que pueden generan, gracias a sus características de “imán”,[1] momentos dipolares en la corta distancia suficientemente potentes como para impulsar la interrelación.[2]. Estas interacciones darán como resultado un nuevo producto químico que antes no existía y que, evidentemente, podrá tener sus consecuencias aguas abajo del proceso iniciado por el fotón. Sigue leyendo ›

  1. En la entrada anterior nos tomamos nuestro tiempo para explicar cómo determinadas partículas atómicas se comportan como verdaderos imanes. []
  2. En las moléculas orgánicas nos encontramos con el 1H que genera a 0,1 nm un momento magnético de 2,44 mTeslas; el 17O con 1,13 mTeslas o el 14N con 0,29 mTeslas. Estamos hablando además de que los acoplamientos hiperfinos de los radicales orgánicos se sitúan típicamente en el rango de los 10 a 1.000 μTeslas. Es factible que puedan interactuar entre ellos. []

¡Hablemos de brújulas animales! III. La teoría 1: El par de radicales

En esta entrada y la siguiente vamos a completar el desarrollo iniciado en las dos anteriores, “El hecho“  y “La prueba“, en las que estuvimos estudiando uno de los posibles modos de orientación de los que  pueden disponer las aves para no errar en sus largos periplos migratorios. Habilidad que no sólo es patrimonio de esta clase animal. Vamos a analizar la teoría del proceso físico en el que creemos que se basa la particular modalidad de magnetocepción que en la entrada anterior denominamos como “brújula química”. Para ello nos vamos a tener que apoyar en el mundo cuántico y su particular física, en donde lo evidente no lo es tanto y lo contraintuitivo es la realidad. No obstante, dentro de lo teórico voy a intentar ser lo más “simple” que pueda. Siento tener que romper la exposición en dos, a pesar de tener que romper el hilo argumental, pero era eso o un largo debate de 5000 palabras. Opto por lo primero.

¿Va a ser todo un tema cuántico? Diagrama de la transición hiperfina del hidrógeno grabada en la placa de las Pioneer (Dominio público)

Como adelanté en la entrada anterior, todo parece residir en el comportamiento de lo que se conoce como un par de radicales. En química un radical es una molécula que contiene un número impar de electrones. Un par de radicales o par radical consiste en dos radicales que han sido creados simultáneamente, generalmente a través de una reacción química. Pero también pueden generarse gracias a la acción de algún agente independiente, como puede ser un fotón con la energía adecuada. Sigue leyendo ›

¡Hablemos de brújulas animales! II. La prueba

Terminábamos la entrada anterior, que nominaba como “El hecho“, diciendo que los animales no sólo “pueden saber” donde está el polo norte o sur, sino que parece que también sacarían provecho del ángulo de inclinación de las líneas del campo magnético terrestre sobre la superficie en el punto geográfico donde se encuentran. Esta inclinación varía según la latitud, ya que las líneas son perpendiculares a la superficie terrestre en los polos y paralelas a la superficie terrestre en el ecuador. Podéis imaginar que a medida que descendemos de latitud el ángulo con respecto al plano del suelo va variando de 90º a 0º. Si en nuestro desplazamiento somos capaces de saber cómo varía esta inclinación, sabremos en qué dirección se encuentra el polo magnético más próximo, indistintamente de si se trata del norte o del sur (esta particular información no la necesitamos para orientarnos). Es decir, que los animales, además de poseer una brújula clásica “magnética”, deben tener otro tipo de brújula que intuimos “química” y que solventaría el problema de la magnética, ya mencionado en la entrada anterior, cuando nos planteábamos la pregunta de cómo podía ser que un campo magnético tan débil como el terrestre pudiera influir en procesos de la fisiología animal.[1]

Líneas del campo magnético terrestre (Imagen de la red, fair use)

Aquí entra la física cuántica aplicada y el especial momento magnético -asimilable a un imán- que la luz condiciona en las molécula de criptocromo de nuestros ojos. La particular arquitectura esférica de la retina, en donde el fotorreceptor criptocromo[2] está instalado a lo largo y ancho de toda ella -lo que dibuja un abanico de orientaciones- permite asegurar una rica variedad en la orientación espacial de esos sensores luminosos. La luz -la energía de los fotones- modifican la configuración electrónica en el criptocromo, confiriéndole un momento magnético particular que no solamente es muy sensible a campos magnéticos débiles, sino que también lo es al ángulo entre los vectores del campo magnético intrínseco a la molécula y el terrestre. Ahora no voy a avanzar más en la explicación física de detalle, que dejo para la siguiente entrada: aún estamos en el momento de “La prueba“, como encabezo el escrito de hoy. Sigue leyendo ›

  1. La energía de un enlace químico suele ser de 10 a 100 veces superior a la energía térmica ambiental. A temperaturas fisiológicas habituales, la energía cinética de las moléculas biológicas es 11 órdenes de magnitud mayor que la energía del campo magnético de la Tierra. La energía con la que una molécula puede interactuar con ese campo puede ser seis órdenes de magnitud menor, o incluso menos, al ruido térmico ambiente. []
  2. Los criptocromos (del griego κρυπτό χρώμα, “color oculto”) son una clase de fotorreceptores de luz azul de plantas y animales. Constituyen una familia de flavoproteínas que regulan ciertas respuestas en plantas y animales. []

¡Hablemos de brújulas animales! I. El hecho

Todo el mundo sabe que muchas especies animales se mueven por nuestro planeta como por el pasillo de su casa. La necesidad, y su historia evolutiva, les obliga a grandes desplazamientos desde un punto a otro del orbe. Actividad que realizan con asombrosa puntualidad y exactitud, año tras año. O incluso, sin esperar tanto, lo hacen en cualquier momento, como la paloma mensajera o el perro alejado de su “manada” humana. Uno vuelve a su palomar, el otro al hogar de su familia. En este contexto, no me resisto a dejar de compartir una singular experiencia que viví en primera persona.

Típica formación en V de gansos en plena migración. Fuente: Wiki Commons

Hubo una temporada en que la mascota de mis hijos fueron los patos, animales que necesitan su propio y particular hábitat difícilmente reproducible en una vivienda urbana. Efectivamente, con los calores veraniegos los animales se estresaban, ya que necesitaban un ambiente con abundante agua. Llegado este momento los trasladábamos a algún estanque de un parque cercano a nuestra vivienda. Un año le tocó a “Juanito”, así le llamábamos, que fue solícitamente devuelto a la naturaleza a unos cinco kilómetros de casa. Sorprendentemente, a los pocos días le vi que volvía ¡andando! por nuestra calle, de vuelta a su hogar. Puedo llegar a entender su querencia, pero ¿cómo lograría orientarse a través de un circuito prácticamente urbano en su totalidad? Sin referencias visuales, ya que le habíamos llevado al estanque en un coche. No recuerdo si Juanito había nacido en casa o nos lo habían regalado… De cualquier forma ¡sorprendente! Sigue leyendo ›

El Conectoma cerebral. 14. Epílogo con el pdf.

“La mejor manera de darse cuenta de lo que uno sabe -y de lo que no sabe- acerca de su campo de conocimiento es escribir acerca de él

Joseph LeDoux, neurólogo y divulgador.

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Por casualidad hoy es día 1 de enero de 2020. Así que es un gran placer el poder desearos un ¡¡muy buen y feliz año nuevo!!

Pues sí, llegó el final de esta serie sobre el Conectoma cerebral. A través de ella nos hemos movido por las redes cerebrales en sus vertientes más anatómicas y algo más, hemos visto cómo de sus estructuras iban apareciendo funcionalidades, algunas tan sui géneris como la actividad de la red por defecto o la aparición de una experiencia tan personal como la consciencia. O cómo podemos detectar este estado tan peculiar mediante una serie de marcadores somáticos que lo ponen al descubierto. También hemos visto cómo los neurólogos, y estudiosos de otras ramas de la ciencia se han movido intentando analizar a nuestro cerebro desde un punto de vista topológico, matemático e informático. Buscando cómo de una estructura material anatómica puede surgir la función, ¡difícil tarea! Aunque en su ayuda llegan los más osados intentando encontrar explicaciones alternativas a las más tradicionales. Así, hay un mundo que estudia el conectoma aplicando teorías de redes, otros que intentan bajar al suelo las volatilidades del cerebro intentando buscar parámetros medibles de complejidades neuronales, de interrelaciones dinámicas, de informaciones integradas y… mucho razonamiento lógico matemático. Veremos hasta dónde llegamos los humanos… estoy convencido de que muy lejos. Y estoy también convencido de que para bien de todos. Sigue leyendo ›