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Los sistemas receptores 16: El sentido de la interocepción

Tras hablar en la anterior entrada de esta serie sobre los sistemas receptores acerca del proceso neuronal que nos genera la percepción del sabor, en ésta de hoy vamos a hablar del último sistema sensorial que nos queda por comentar: el de la interocepción. Como su nombre sugiere, es el equipamiento y el proceso con el que cuenta el cerebro para tener datos de la propia situación interna del organismo, datos importantes para mantener el normal funcionamiento de órganos y sistemas. Estaríamos hablando de la monitorización de los sistemas circulatorio, gastrointestinal, respiratorio, urinario y endocrino, y de la posterior regulación y coordinación de importantes actividades corporales como son la digestión, la temperatura corporal, la presión sanguínea, el caudal respiratorio y muchos aspectos de la conducta emocional. Como veis, un variado abanico del que preocuparse.

El interactivo bosque de la diosa homeostasis (Imagen de la red, fair use)

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Biografía del Universo 21: La era de la gran oscuridad

de 380 mil a unos 200 millones de años desde el inicio

Volvamos a la materia oscura, cosa que nos ayudará a recuperar el relato de lo que estaba pasando en el Universo. En la anterior entrada de esta serie, en la que estamos desbrozando la biografía del Universo, nos habíamos quedado en el momento del paso del mundo dominado por la energía al mundo dominado por la materia, cuando los fotones se liberaron. La foto de aquel momento de la radiación de fondo nos dio pie a hablar de la estructura del Universo, y de cómo hay más cosas que la materia visible y los neutrinos y fotones primigenios. Evidentemente, estas “más cosas” tuvieron que ejercer un papel muy importante en el proceso. En especial la materia oscura con su más que significativo efecto gravitatorio, ya que era cinco veces más abundante que la materia bariónica. La teoría es lo que vas a leer en esta entrada y la siguiente.

Gracias al telescopio Hubble se ha podido observar en lo más profundo del Universo lo que parecen ser pequeñas galaxias, las más claras, a una distancia equivalente a unos 900 millones de años tras el Big Bang.[1] E incluso anteriores, a los 700 millones de años, pero de luminosidad más débil y en menor cantidad. Sus formas no son las “convencionales” y están muy lejos de las de las galaxias espiral o elípticas que vemos hoy en día. Estas extrañas galaxias son la crónica de un período cuando el universo era más caótico. Son fotos realmente muy antiguas, lo que nos permite asegurar que la estructura del Universo se inició muy pronto. Y si de esas estructuras la materia oscura fue el alma fundamental y la materia bariónica su cuerpo visible, tenemos que convenir que ambos actores habrían comenzado su trabajo en un momento muy temprano.

A la izquierda un esquema del Universo con la capa del campo profundo donde mira Hubble (Wikimedia, NASA, dominio público). A la derecha una doble ampliación sobreimpuesta al campo ultraprofundo: a partir de [A] una pequeña mancha de luz en la esquina superior izquierda se ha ampliado [B] de forma que ahora se ve minúsculo un punto rojo. La segunda ampliación [C] da idea del sutil halo de luz que proviene de tal galaxia: UDFy-38135539, la más profunda conocida por Hubble en un corrimiento al rojo Z de 8,6, lo que corresponde a una edad aproximada de 500 millones de años (Imagen montada a partir de varias de NASA, wikimedia, dominio público)

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  1. Distancia en años luz y edad es equivalente. La edad la determinamos a partir de la del Universo hoy en día -unos 13.800 millones de años luz- y del corrimiento al rojo que tiene la luz de esta galaxia que detectamos. Como veremos en otra entrada, el corrimiento al rojo, conocido como el parámetro z, nos indica cuán lejos de nosotros está el foco emisor de la luz. Por simple resta con la edad total del Universo sabemos cuál es la edad de la galaxia. Edad = 13.800 – Función[z]. En el momento de la recombinación z era igual a 1.100. []

Biografía del Universo 20: La materia entra en faena.

poco después de t=380.000 años desde el inicio

El Cosmos se estaba aproximando a una juvenil edad de 380.000 años. Sus habitantes eran partículas variadas, unas bastante conocidas como los protones, electrones, núcleos de helio y neutrinos. Otras aún son incógnita para nosotros, como las que pensamos forman la materia oscura. La radiación representada en los fotones culebreaba en este mundo de plasma chocando con sus vecinos, principalmente los electrones, que, molestos por los reiterados y empecinados ataques, no conseguían unir sus cargas negativas con las positivas de los protones. De todas formas, las partículas en su conjunto iban ajustando sus energías, y por tanto sus amplitudes de ondas, a las teóricas que fija el espectro de radiación típico de un cuerpo negro a 3.000K, que es lo que era el Universo en aquel entonces.

Un poco antes la generalidad de los fotones había desacelerado su velocidad hasta el equivalente a unas energías de 13,6 eV, es decir, unos 92 nanometros de longitud de onda, el límite fijado por la fuerza electromagnética para la unión entre electrones y protones. A partir de ahí, y a medida que el Universo se fue expandiendo enfriando a los fotones, se iba también ampliando su longitud de onda, lo que iría reduciendo el número de sus interacciones con los electrones y dejando en primer plano a la cada vez más activa fuerza de atracción de cargas opuestas. La consecuencia es que en aquel plasma se iban condensando, por unión de un protón y un electrón, átomos de hidrógeno neutro. Fue el momento, más bien un largo momento, de la recombinación. Como salían de un plasma relativamente homogéneo, en el nuevo mundo los hidrógenos también ocuparon todo el volumen posible de forma casi homogénea.

En nuestra serie sobre la biografía del Universo habíamos avanzado hasta este momento. Bien es verdad que la última entrada, y también en alguna anterior, nos habíamos detenido para entender la teoría que nos ha permitido bucear en las interioridades de la materia y la radiación de aquella época. Tras el pequeño recordatorio de los dos primeros párrafos anteriores, vamos a continuar el camino.

(Imagen a partir de “The Nuclear Wall Chart”, Nuclear Science Division del Lawrence Berkeley National Laboratory, fair use)

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Los sistemas receptores 15: Sistema sensorial del gusto

Nos estamos adentrando en el final de esta serie. Después de hablar de un variado abanico de sentidos aún nos queda tratar el del gusto. En la anterior entrada habíamos estudiado el sentido del olfato y el del gusto, al igual que él,  se trata de uno cuyas espoletas iniciales del proceso son moléculas químicas que provienen del exterior del organismo. Veamos cómo es el proceso neuronal de la sensación de los sabores, aunque antes recomiendo, si aún no lo has hecho, el leer las tres primeras entradas, de carácter general, de esta serie.

Los sensores gustativos primeros se encuentran en la cavidad bucal, principalmente en la lengua y en la faringe. En estas áreas se encuentran unas formaciones, las papilas gustativas, con variados aspectos, desde el que se asemeja a una seta hasta uno filiforme o bien con aspecto de vaso o incluso con algo semejante a hojas, en donde podemos encontrar a los receptores gustativos que no son más que unas células sensoras del estímulo exterior. Al igual que en las células sensoras que conocemos de otros sentidos, las del gusto disponen en su cabeza de unos canales iónicos que, como ya sabemos, a fin de cuentas se tratan de determinadas proteínas expresadas por algún gen de su ADN, y que se encuentran incrustadas en la membrana celular. Cuando encaja la molécula excitadora en su canal parejo se genera un desequilibrio iónico en el interior de la célula, que a la postre va a derivar en la generación de una emisión de neurotransmisores en su base.

Imagen de los diversos tipos de  papilas gustativas extraída de Anatomy of the Human Body, Henry Gray 1918 (Wikimedia, dominio público)

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Biografía del Universo 19: Lo que nos enseña la radiación de fondo II

seguimos con la teoría

En la entrada anterior de esta serie dedicada a la historia de nuestro Universo habíamos comenzado a analizar el espectro de anisotropías de la radiación de fondo de microondas. Este cúmulo de palabras encadenadas no quiere decir más que estamos hablando de la foto de los primeros fotones que se emanciparon de la materia en los momentos iniciales, cuando nuestro personaje estaba cumpliendo más o menos su 380.000 cumpleaños. Nos habíamos extendido al hablar del primer pico de dicho espectro, que nos había dicho mucho sobre la curvatura del Universo y de la composición de la materia. También nos había puesto sobre la pista de algo que llamábamos energía intrínseca al tejido espacio-temporal, cosa que conocemos más comúnmente como energía oscura. Y deducíamos que debía de haber mucha. Para que no se nos olvide, repetimos aquí abajo la imagen de lo que es nuestro campo de estudio y, además, también volvemos con su carnet de identidad, que incorpora muchos rasgos de su personalidad.

A la izquierda, mapa de la radiación de fondo de microondas (Imagen: European Space Agency, ESA, non-commercial use) y a la derecha, su espectro de potencia de las anisotropías (Wikimedia, dominio público)

Tras haber analizado el primer pico, ahora vamos a continuar la investigación atendiendo al segundo pico que aparece en la fotografía de la recombinación cuando bajamos a resoluciones más finas, lo que quiere decir menor ángulo θ o momento multipolar l mayor. Es como si en el campo circular de 1º del primer pico empezáramos a ser más puntillosos y lo compartimentáramos en círculos de menos radio. Al aplicar la lupa en estos terrenos podemos detectar más pormenores, de forma que si elegimos un radio de medio grado comenzaremos a apreciar los detalles producidos por la influencia del segundo armónico de la onda de sonido que, recordemos, tenía una longitud de onda la mitad que la del armónico fundamental.[1] El resultado de este rastreo más minucioso nos hace ver que próximo a l=500, lo que equivale a un ángulo de 0,4º, encontramos otro máximo en la curva del espectro. En la entrada anterior ya dijimos cómo se construye la curva[2] de forma que ahora ya sabemos que dentro del campo fijado por este ángulo de observación sobre el fondo del Universo vamos a encontrar un intervalo de temperaturas característico, menor al que detectamos en zonas abarcadas por ángulos mayores, y que es consecuencia de la superposición de influencias de los armónicos, tal como podemos intuir al ver la figura de más abajo. No nos debe sorprender, por tanto, que el segundo pico en las anisotropías aparezca donde aparece y que tenga una menor altura que el primero. Sigue leyendo ›

  1. Podéis repasar lo que se dijo acerca de este tema en ésta y ésta entrada. []
  2. Tomamos la máxima diferencia de temperaturas en campos de 0.4º, ΔTi, y sacamos su promedio, que será el dato para este ángulo en la curva de anisotropías. []

Biografía del Universo 18: Lo que nos enseña la radiación de fondo I

más teoría

En la entrada anterior presentamos a un gran momento del Universo: la recombinación. El Universo parió a los primeros átomos y la energía quedó libre de la materia, o viceversa, lo que permitió el inicio de los procesos de la definitiva compactación gravitatoria que ha dibujado las estructuras actuales del Cosmos. Nuestra serie sobre la Biografía del Universo continúa ahora con un objetivo: vamos a intentar destripar los misterios velados en la foto de la radiación de fondo de microondas. Lo que era quedó dicho en la última entrada. Para nuestro nuevo propósito contamos con el análisis de su espectro de anisotropías -su falta de homogeneidad espacial-, que iremos deshojando al igual que podemos hacerlo con el de frecuencias de las emisiones de un cuerpo negro.

Esas anisotropías llevan encriptadas en su apariencia grumosa: [1] la información de quiénes la hicieron como son, es decir, la composición de la masa -bariónica y oscura- y su relación con la densidad de la radiación; y [2] la información de lo que hicieron, el ritmo de expansión del Universo -constante de Hubble- y de su curvatura, que dependen de la cantidad de materia y energía total existente. Podéis imaginar que la realidad de su estudio es harto compleja, pero conceptualmente, y de forma simplificada, vamos a intentar explicar el proceso.

Esta imagen es el desarrollo en 2D de la superficie esférica más lejana,desde nos viene la radiación de fondo de microondas. Imaginémonos a nosotros como observadores situados en el centro de esa esfera desde donde lanzamos conos visuales que atrapan pequeñas áreas circulares de esta superficie. Es el comienzo de lo que se explica en el texto (Imagen: European Space Agency, ESA, non-commercial use)

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Biografía del Universo 17: El big flash

a los 380.000 años desde el inicio

Nos disponemos a abrir una nueva página crucial para el conocimiento de nuestro Universo, una nueva página de la historia descrita en esta serie sobre la Biografía del Universo. En la entrada anterior lo habíamos descrito con un ¡FLASH!… pero ahora voy a ser un poco más exagerado, porque  me atrevo a ponerle la etiqueta de ¡BIG FLASH! Como allí dijimos, el Universo estaba completando una larga sinfonía iniciada en su segundo t-35 de vida. Llegaron los últimos compases que conformaron la coda final del primer movimiento en la Sinfonía del Universo.[1] Está a punto de iniciarse el último tema musical… 380.000 años después se va a completar la obra con la aparición liberadora de los átomos libres interpretando una fanfarria de metales. Después sólo quedaría la reverberación de su eco. Aunque… ¡menuda reverberación!

(Imagen a partir de “The Nuclear Wall Chart”, Nuclear Science Division del Lawrence Berkeley National Laboratory, fair use)

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  1. Y no se trata de la obra inconclusa del compositor estadounidense Charles Ives. []

Los sistemas receptores 14: Sistema sensorial del olfato

Continuamos con nuestra serie “Los sistemas receptoresde la que sería muy conveniente, si aún no lo has hecho, que leyeras las tres primeras entradas que explican alguno de los conceptos que vas a ver en ésta. Nos toca analizar un par de sentidos que responden a determinadas excitaciones inducidas en nuestro cuerpo por compuestos químicos que vienen del exterior. Hablábamos ya de un aspecto de ello cuando estudiamos el sentido de la nocicepción y termocepción en la entrada sobre el dolor y la temperatura, en donde vimos cómo determinadas moléculas agredían nuestra dermis provocando dolor, o bien cómo la capsaicina o el mentol llegaban a estimular los sensores de la temperatura induciéndonos unas sensaciones de calor o frío. Pero no es de eso de lo que vamos a hablar ahora, ya que me estoy refiriendo básicamente a los sentidos del olfato y el gusto.

En particular, esta entrada la dedicaremos a ver qué procesos fisiológicos y neuronales se desencadenan cuando llega un estimulante químico exterior a nuestra pituitaria, la membrana mucosa que recubre el interior de ambas fosas nasales que, al final, nos va a producir esta sensación tan potente como es la paleta de olores del mundo que nos rodea. La evolución ha matizado las sensaciones olorosas que percibimos, de forma que normalmente lo que huele bien no es nocivo para nuestro organismo -incluso puede ser beneficioso- y lo que huele mal nos avisa de que, cuanto menos, hay que alejarse de ello como medida preventiva. Incluso la evolución nos ha regalado unas sutilezas casi “hedónicas”, al haber montado la posibilidad de integrar varias de las experiencias sensoriales: qué sería de los momentos en que nos proponemos deleitarnos con la comida sin la combinación de buen olor, buen sabor y agradable vista que nos genera el placer del gusto. ¿Qué éxito comercial tendría un perfume fragantemente oloroso y a la vez de un sospechoso color marrón “no digo qué”? ¿Qué éxito reproductor tendría una posible pareja exponente máximo de la perfección corporal, pero que huela a Sus estrofa doméstica ? Evidentemente, en esto último dejo aparte a los cerdos y cerdas.

Como ya se comentó en la entrada anterior, el sentido del olfato es evolutivamente uno de los más antiguos, y prueba de ello es la simplicidad del camino que conecta al elemento químico externo con el cerebro: el área olfativa es el único lugar donde el sistema nervioso central está en directo contacto con el medio ambiente, al ser colindantes los sensores externos y las estructuras corticales olfatorias. Nos da una clara pista de esta antigüedad el hecho de que en el desarrollo embrionario las estructuras cerebrales olfativas se inician y maduran antes que los núcleos talámicos. No nos ha de extrañar, por tanto, que a la corteza olfativa se la conozca como paleocorteza -del griego παλαιός, palaiós, “antiguo“- siendo sólo superada en antigüedad evolutiva por la corteza del cerebro emocional. Un reflejo de esta antigüedad lo tenemos en el cerebro de los vertebrados inferiores, en los que la corteza olfatoria es muy representativa tanto física como funcionalmente, ya que con ella gestionan sus trascendentales respuestas, que debemos imaginar como reflejos inconscientes, frente a los retos de la supervivencia.

Prolongaciones nerviosas que desde las fosas nasales forman en conjunto, al atravesar el hueso etmoides, el nervio olfatorio. Este último finaliza en el bulbo olfatorio, que en los vertebrados ya es parte del prosencéfalo (Anatomy of the Human Body, Henry Gray, wikimedia, dominio público)

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Biografía del Universo 16: La sinfonía del Universo II

a lo largo de los primeros 380.000 años

En la entrada anterior de esta serie descubrimos cómo el Universo, a lo largo de sus primeros 380.000 años, estaba compuesto por un plasma que perdía progresivamente su densidad por causa de la continua expansión que experimentaba el tejido espacio-temporal de base. Decíamos también que este plasma estaba rielado por una serie de ondas sonoras, consecuencia de las ondas de presión que generaban los movimientos de la materia. Una sinfonía cósmica. Repito la imagen que ya se propuso en la entrada anterior y que nos daba una buena idea de cómo las ondas particulares -imagen de la izquierda-, generadas gracias a la acción-reacción de la gravedad-radiación en una fluctuación cuántica primigenia local, se superponen -imagen de la derecha- para crear esta particular sinfonía global.[1]

Doy por hecho que habéis leído la entrada anterior para que podáis conectar sin problemas con esta entrada de hoy, que acabará por desvelar sus secretos.

     

Vayamos a por harina e intentemos entender su armonía. Porque si conseguimos distinguir en los acordes de esta melodía los violines de los oboes, los distintos instrumentos de su plantilla, quizás comprendamos mejor su ser. Para ello necesitamos introducir ciertos conceptos elementales de la física de los sonidos y de las matemáticas que la soportan. Que no cunda el pánico: seré muy suave. Sigue leyendo ›

  1. El pico central corresponde inicialmente a toda la materia, bariónica y oscura, más la radiación. Con el tiempo va quedando en el centro un pico de materia oscura con una excursión de la bariónica y la radiación hacia el límite de la onda, cuyo radio crecía al ritmo de la expansión del Universo. []

Los sistemas receptores 13: La audición II. Procesos superiores.

En la entrada anterior de esta serie sobre “Los sistemas receptores habíamos dejado a los potenciales de acción circulando por los axones del nervio auditivo, cada uno con su etiqueta específica que dice “por aquí llevo la información de una frecuencia sonora determinada, pero no sé ni cómo ni cuál es“. Este nervio, que conjuntamente con el vestibular que vimos en otra entrada se le conoce como nervio craneal número VIII, tiene un corto recorrido ya que sale de la cóclea y termina en el tronco encefálico, a la altura de la unión entre el bulbo raquídeo y el cerebelo, más o menos junto a la misma cóclea.

Allí, en el tronco, les esperan la segunda línea de neuronas [n2] situadas en un núcleo llamado coclear de las que podríamos esperar, a la vista de lo que ya sabemos que sucede en otros sentidos, que enviaran sus axones directamente hasta el tálamo en donde se situaría una nueva posta de la ruta auditiva. Sin embargo, aún siendo así en parte, en este caso es un poco más complejo. Las segundas neuronas formarán una serie de subnervios que ascienden por el tronco encefálico -unos mantendrán su lado y otros se cruzaran al contrario- que darán no sólo servicio al tálamo, sino también a pares -izquierdo y derecho- de núcleos neuronales situados en el propio tronco encefálico, por debajo del tálamo.

Esquema de las vías neuronales auditivas. Los puntos de colores corresponden a las neuronas que intervienen. Podemos observar cómo entre los núcleos cocleares y las olivas hay una comunicación directa y otra cruzada contralateral que permitirá la audiocalización. Lo mismo sucede en los colículos e incluso entre los tálamos (Imagen modificada de la red, ©Sinauer Associates. Inc, fair use)

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