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¡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. [↩]
2020 01 20 jreguart Biología
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¡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 ›

2020 01 10 jreguart Biología
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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 ›

2020 01 01 jreguart Divulgación
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El Conectoma cerebral. 13. Apéndice. La Teoría de la Información Integrada.

Vamos a cerrar el recorrido sobre el conectoma cerebral, auténtico protagonista de esta serie a lo largo de varias entradas (aquí, la anterior), con una somera inmersión en una teoría que basa el estado de consciencia sobre una determinada estructura de red más que sobre el tipo de proceso que en ella se desarrolla. Estamos refiriéndonos a la Teoría de la Información Integrada (TII), cuyas raíces se extienden a partir de la idea del “núcleo dinámico” de Gerald M. Edelman, del que ya hablamos en las entradas 03 y 04 de la serie, idea que siguió desarrollando, siendo hoy el líder de la misma, el médico psiquiatra italiano Giulio Tononi.[1]

Quiero hacer hincapié en que es “una teoría”, en el sentido que le da el diccionario de la lengua española: “Conocimiento especulativo considerado con independencia de toda aplicación”… por ahora, añadiría yo. Es una teoría que en base a modelizar las redes informativas, lo que permite un estudio y aproximación matemática, intenta poder definir cuáles son más propensas a generar estados de consciencia. Claro, habrá que decidir antes qué entendemos por “estados de consciencia”. Lo que nos lleva a los planteamientos de Edelman acerca de la “consciencia primaria“, aquella que no se enreda en planteamientos metafísicos como la existencia de un Yo o en una capacidad de razonamiento superior. Simplemente, consciencia primaria es aquello que nos permite saber que estamos conectados con nuestro entorno y nuestro cuerpo, lo que recuperamos cuando nos despertamos de un sueño. Y, ¡OJO!, eso hay que tenerlo muy en cuenta a la hora de valorar la conclusión que propongo en el fin de entrada. Sigue leyendo ›

  1. La base de la exposición de esta entrada la podéis encontrar en el siguiente artículo de Tononi, “An information integration theory of consciousness”, BMC Neuroscience, 10 de agosto de 2004. [↩]
2019 12 22 jreguart Divulgación
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El Conectoma cerebral. 12. El conectoma funcional II

“El mundo, tal como lo percibimos, es nuestra propia invención.“

Hans von Foerster (1911-2002), filósofo y uno de los padres de la cibernética junto con John von Neumann entre otros.

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Acabamos la entrada anterior de esta serie sobre el conectoma cerebral con la siguiente afirmación: El análisis del estado en “modo por defecto” de nuestro cerebro nos ha permitido encontrar que tal suigéneris modo operativo se extiende sobre varias regiones. Ya comentamos que en este modo de funcionamiento determinadas zonas cerebrales modulan sus actividades según un patrón de ondas de periodo en el entorno de las pocas decenas de segundo. Dijimos también que estas ondas de actividad pueden ser detectadas mediante técnicas de resonancia magnética siguiendo los patrones de variación del oxígeno sanguíneo (IRMf-BOLD) (ver siguiente figura).

Correlación de las señales ondulantes en estado de reposo de varias zonas cerebrales. Se observa una clara correlación entre las regiones amarilla y naranja y una perfecta anti-correlación de las mismas con la azul (Imagen a partir de “The human brain is intrinsically organized into dinamic, anticorrelated functional networks”, figura 1, Michael D. Fox et al., PNAS julio 2005, fair use)

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2019 12 11 jreguart Divulgación
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Historia de un ignorante, ma non troppo… Gran concierto para cello y orquesta “Militar”, de Jacques Offenbach

El artículo de hoy de esta serie ignorante sobre música clásica trata de una obra que, aunque escrita a mediados del siglo XIX, hace apenas unos años que ha entrado a formar parte del repertorio musical, por ciertas razones que veremos en breve. Y el que un nuevo concierto escrito para violonchelo y orquesta pueda ser interpretado con garantías en una Sala de Conciertos es una buena noticia para los esforzados músicos que tocan este instrumento, pues la lista de conciertos para cello y orquesta es bastante limitado: Además del rutilante concierto de Dvorak al que ya dediqué uno de mis desvaríos hace años, una de las grandes, grandes obras de todos los tiempos, el repertorio habitual incluye el concierto de Elgar, el de Schumann, el de Shostakovich, el de Hindemith… y ya. Muy poco más.[1]

Pues bien, cuando escuchéis este “Concierto Militar” de Offenbach veréis que tiene todas las papeletas para ser incluido con todos los honores en dicho repertorio: es original, tiene pasajes de virtuoso que hacen lucirse al solista, la armonía entre el cello y la orquesta está bien construida… en fin, es un concierto muy bello. Lo que no es de extrañar, habida cuenta de que Jacques Offenbach era, en primer lugar, un virtuoso del violonchelo y, en segundo, un celebérrimo compositor de operetas, óperas bufas, óperas cómicas, etc, el creador y rey indiscutible de la comedia musical parisina de mediados del siglo XIX, la época del can-can que él mismo llevó a su cenit en obras como Orfeo en los Infiernos o La Alegría Parisina (La gaîté parisienne, en francés), o Los Cuentos de Hoffmann, prácticamente su única ópera “seria”, que no llegó a terminar, pues le sorprendió la muerte mientras estaba componiéndola.[2]

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  1. Hay también un buen número de conciertos barrocos, que suelen tocarse poco y casi siempre por orquestas especializadas, rara vez en Salas Sinfónicas. [↩]
  2. Sí, la famosísima Barcarola que todo el mundo conoce pertenece a esta ópera [↩]
2019 11 29 Macluskey Macluskey
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El Conectoma cerebral. 11. El conectoma funcional I

En las dos entradas anteriores, ésta y esta otra, de nuestra serie hemos intentado describir al conectoma físico cerebral bajo el enfoque del análisis que plantea la teoría de redes. Hemos hecho hincapié en lo que nos dice la teoría acerca de la arquitectura estructural, lo que nos llevó de la mano a conceptos y características que se definen como de “mundo pequeño”, de los “concentradores” o “hub’s”, de los “clubs de ricos” y de las relaciones económicas dentro de las redes complejas que se concretaban en algo así como un mercadeo equilibrado entre los recursos constructivos cerebrales y la eficacia en la comunicación neuronal. De la teoría pasamos también a la realidad de los estudios directos anatómicos y funcionales del cerebro que, efectivamente, nos corroboraban la existencia de este tipo de estructuras en el sistema nervioso.

Un marco conceptual que considera a la “dinámica de la comunicación” como el vínculo necesario entre los dominios de la conectividad estructural y de la funcional. (Imagen de“Communication dynamics in complex brain networks”, figura 1, Andrea Avena-Koenigsberger, Bratislav Misic y Olaf Sporns, Reviews Neuroscience, diciembre 2017, fair use)

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2019 11 19 jreguart Divulgación
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Explorando el álgebra geométrica 16 – Rotaciones en el espacio euclídeo tridimensional (I)

En esta nueva entrada de la serie dedicada al álgebra geométrica veremos las rotaciones en el espacio euclídeo tridimensional. Como vimos en la entrada anterior, todas las rotaciones en este espacio son simples. De ahí resulta que todos los operadores de rotación, o rotores, del álgebra \mathcal{G}_3 se pueden expresar como cuaterniones unitarios. Componer rotaciones en tres dimensiones viene a ser multiplicar cuaterniones unitarios. Reconocer en esos cuaterniones unitarios los ángulos y ejes de rotación es muy sencillo. De hecho, el uso de cuaterniones es el método más simple de obtener el ángulo y el eje resultante de la composición de rotaciones en tres dimensiones.

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2019 11 09 jlese jlese
Matemáticas Comentarios (0) Permalink

El Conectoma cerebral. 10. El conectoma y la teoría de redes. II

En la entrada anterior de esta serie sobre el Conectoma cerebral se hizo un somero análisis acerca de las redes y su posible estudio, todo desde un punto de vista teórico muy global. En la entrada de hoy seguiremos lo que dejamos como un paréntesis abierto e intentaremos ampliar esas ideas generales y sus consecuencias, para después proyectarlas a las redes de nuestro cerebro.

En relación al estudio de las redes del cerebro los analistas se encuentran con un variado listado de problemas de base: uno de ellos es la variabilidad estructural de los patrones de conexión[1]; otro, su constante remodelado gracias a su plasticidad; también la dificultad a la hora de valorar la fortaleza de las conexiones individuales; por no hablar de que no hay dos cerebros humanos iguales en los que encontramos variaciones a todas las escalas; o la propia naturaleza multi-escala de la arquitectura de la conectividad cerebral… y aunque se haya comprobado que desde un punto de vista de sistema ningún nivel de escala ocupa una posición privilegiada en la jerarquía de la actividad, y que todos los procesos a cualquier escala contribuyen en las propuestas funcionales generales que se observan en la cognición o el comportamiento, quizás esa falta de jerarquización, que dibuja un comportamiento superpuesto y mezclado de los módulos de la red, sea una complicación más en el estudio de la actividad.

Características básicas de una red. El grado del nodo (degree) es simplemente el número de aristas unidas a un nodo determinado. El coeficiente de agrupamiento (clustering) expresa la medida en que los vecinos topológicos de un nodo están conectados entre sí. La longitud del camino más corto corresponde a la distancia (topológica, no métrica) entre dos nodos. La red del ejemplo, a la derecha, puede descomponerse en dos módulos principales que están interconectados por un solo nodo central o hub (Imagen a partir de “The Non-Random Brain: Efficiency, Economy, and Complex Dynamics”, figura 2, Olaf Sporns, Frontiers in Computational Neuroscience, febrero 2018, fair use)

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  1. Ya hablamos de ello en otras entradas de esta serie, ésta y esta otra. [↩]
2019 11 01 jreguart Divulgación
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¿Has leído El contraataque aliado, de James Holland?

Efectivamente, ésta es la segunda parte de la trilogía sobre “La Segunda Guerra Mundial en Occidente” de James Holland, cuya primera parte, El auge de Alemania, fue objeto de comentario en este humilde blog hace unas semanas. Ya comenté en aquella entrada que James Holland es un historiador inglés, especialista en el siglo XX y, en particular, en la Segunda Guerra Mundial. Es hermano del también historiador Tom Holland, especializado en el mundo antiguo.

Habiendo nacido James Holland en los años 70 del siglo pasado, está relativamente libre las influencias de las publicaciones, documentales, películas y demás sobre la guerra imperantes en los años inmediatamente posteriores a la finalización de la guerra. Él no ha bebido de los dogmas dominantes durante tantos años: que Alemania estuvo a punto de ganar la guerra; que el Reino Unido tenía un ejército incompetente y que a puntito estuvo de ser invadida en 1940; que Rommel era un genio y que a punto estuvo de conquistar Egipto; que los estadounidenses tenían una maquinaria bélica engrasada perfectamente organizada desde siempre (en esto Hollywood ha hecho un buen trabajo)…

James Holland, al ser tan joven, no ha sido bombardeado con tantas y tantas verdades indiscutibles sobre la segunda guerra mundial; entre eso y que con el tiempo se han abierto a la luz muchísimos archivos que han estado ocultos a los investigadores durante años, su visión sobre la evolución de la guerra, su motivación y desarrollo, es muy diferente de la, por decirlo de algún modo, “historia oficial” de la guerra que nos han contado durante tantos años.

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2019 10 19 Macluskey Divulgación
Historia
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