, ylitu$P;\tlAlvlOylli$ EDAD DELUt\llyi;triO O$CU;U\
it gei :ti r
l ttr, 7
r'I
I
8..
J
t t
il it$sJfJr *r9il+l *...
7 downloads
500 Views
27MB Size
Report
This content was uploaded by our users and we assume good faith they have the permission to share this book. If you own the copyright to this book and it is wrongfully on our website, we offer a simple DMCA procedure to remove your content from our site. Start by pressing the button below!
Report copyright / DMCA form
, ylitu$P;\tlAlvlOylli$ EDAD DELUt\llyi;triO O$CU;U\
it gei :ti r
l ttr, 7
r'I
I
8..
J
t t
il it$sJfJr *r9il+l *i
!ú
udhltr
v\
w
tlllnliilI ,llilillllJllilljllililllll
6 Laedad oscura deluniverso
NCIA Edici6n owñolo
Abraham loeb Faltan hojas delálbum deimágenes primigenio. Losastrónomos deluniverso seafanan enencontrarlas.
de
SCIENTIFIC
AMERICAN Número 364
3 Hnc¡... 50,100y 150años.
4
Apurur¡s
3B paramóvil Virus MikkoHypponen porradio. Losvirus informáticos sepropagan ahora Infectan a teléfonos móviles entodoelmundo. Lasempresas informática, deseguridad y losfabricantes lasoperadoras móvil detelefonía deequipos seaprestan que a erradicar estas amenazas antes de campen sincontrol.
30 Cr¡trrcrR YsocrEDAD
Recuperación dezonas muertas Laurence Mee
Proteínas SNARE... Ladinámica dela Bolsa.
podemos restaurar losmares costeros ¿Cómo por incontrolable devastadoselcrecimiento y plantas queprov0ca dealgas laactividad humana?
¡ii:|: ,tl j,: -!:i
,''':: ) : , , ; ¡: ' : ' , 1
34 D¡crncR Saetas demar.
*l
54 Verconsuperconductores KentD.lrwin Conmaterial superconductor se y construyen minúsculos magníficos y otras partículas. sensores defotones Están revolucionando lainvestigación y latécnica.
62
Sistemas cuas¡b¡d¡mens¡onale JordilgnésMullol
36 D¡s lR n o T TSO O S T E N IB L E Estados debienestar, másalládela ideología, porJeffrey D.Sachs
Laagregación delamateria enunnúmero restringido impide dedimensiones laexistencia deorden Encambio, favorece cristalino. la parciar. aparición deestructuras conunorden paralafabricación Podrían resultar muyútiles denanodispositivos.
37
Fonuvr
Laevolución futura, delaprosperidad porStuart A. Kauffman
14 Neuronas espejo Leonardo Fogassi Giacono Bizzolatti, y Vittorio Gallese Untipoespecial decélulas cerebrales reflejan exterior. Vehiculan nuestr+ elmundo y comprende-r: capacidad deimitar, aprender lasacciones ajenas. e intenciones
22 Espejos rotos: unateoria delaut¡smó y Vilayanw S.Banachandran IindsayM. 0bernan Losestudios del podrían ayudar a delautismo. Con,ello y tratamiento. víasdesudiagnosis denuevas
88 DELAFísrcA CunrosronoEs Elcalorquevinodelfrí0, porJean-Michel Courty y Edouard Kierlik
90 JurcosMATEMÁTIctls Loslogaritmos deBriggs, porJuanM.R.Parrondo
g2 IO¡nsAPLICADAS Reciclado depapel, porMarkFischetti
72 Elorigen gr¡egas delasconstelaciones BradleyE. Schaefer y arqueología, Astronomía coordinadas, handescifrado origen el delasfiguras y establecido deestrellas suusopor distintas culturas a travésdelostiempos.
78 planetarios Sistemas extrasolares Gregory P.Iaughlin Gracias a laobservación deestos mundos lejanos vamos conociendo y evolución mejor laformación planetarios. delossistemas
94 LrsRos Historia delaanatomía 0ptica medieval.
COLABORADORES
DE ESTE NUMERO
Asesoramiento y traducción: M.a Rosa Zapafero:La edad oscura del universoy Sistemasplanetarios extrasolareslLuis Bou: Vrus para móvilesi JoandoménecRos: R¿czperación de zonas muertasi Ramón Pascual:Uer con superconductoresi I. Nadal: El origen de las constelacionesgriegasi J. Yilardell: Hace..., Apuntes, Curiosidades de Ia física e ldeas aplicadas; Marián Beltrán: Desarrollo sostenibLe
DrREcroR cENERAL tosé M.a ValderasGallardo DrREcroRA FTNANCTERA Pilar Bronchal Garfella EDrcroNEs Juan Pedro CamposGómez Laia TorresCasas pnoouccrór.r M.a Cruz IglesiasCapón Albert Marín Garau sEcRETARfA PurificaciónMayoral Martínez ADMINrsrRAcróN Victoria Andrés Laiglesia suscRrrcroNEs ConcepciónOrenesDelgado Olga Blanco Romero sprm PrensaCientffica,S.A. Muntaner,339 pral. 1." 08021 Barcelona(España) Teléfono 934 143 3¿[4 Telefax 934 145 413 www.investigacionyciencia.es SCIENTIFIC
AMERICAN
¡orron r¡l csrer John Rennie ExEcurrvEEDrronMariette DiChristina MANAcTNc eprronRicki L. Rusting NEwsEDrroRPhilip M. Yam sPEcrAL PRoJEcrs eorronGary Stix sEN¡oR EDrroRMichelle Press sr¡r¡onwnrtrn W. Wayt Gibbs eononsMark Alpert, StevenAshley, GrahamP. Collins, SteveMirsky, GeorgeMusser y Christine Soares PRoDUcrroN eorronRichard Hunt MANAGTn Michael Florek cENERAL
Portada: Richard Marchand
VICE PRESIDENTAND MANAGING DIRECTOR,INTERNATIONAL
Dean Sanderson
SUSCRIPCIONES
PRESIDENTAND CHIEF EXECUTIVEOFFICER
PrensaCientífica S. A. Muntaner,339 pral. l.a 0802 | Barcelona(España) Teléfono 934 143 344 Fax934 145 413
GretchenG. Teichgraeber Brian Napack cHAIRMAN
DISTRIBUCION para España: LOGISTA,S. A. Pol. Ind. Polvoranca Trigo,39,Edif. 2 (Madrid) 28914Leganés Teléfono 914819800
PUBLICIDAD
para los nest¡ntespaíses: Prensa Cientffica, S. A. Muntaner, 339pral.l.a 08021Barcelona
Precios de suscripción:
QUERANO COMUNICACION JuliánQueraltó SantAntoniM.uClaret,2814.o3.a 08041Barcelona Tel. y fax 933 524 532 Móvil 629555703
Dos años
Un año España
65,00euro
120,00euro
Restodel mundo
90,00euro
170,00euro
Ejemplares sueltos: El preciode los ejemplares atrasados esel mismoqueel de los actuales.
'*::#,91D
Copyright@2006 ScientificAmericanInc., 415 MadisonAv., New York N. Y. 10017. Copyright @2007 PrensaCientífica S.A. Muntaner, 339 pral. l.a 08021 Barcelona(España) Reservadostodos los derechos.Prohibidala reproducciónen todo o en parte por ningún medio mecánico,fotográfico o electrónico, así como cualquier clase de copia, reproducción,registro o transmisiónpara uso público o privado, sin la previa autorización escrita del editor de la revista. El nombre y la marca comercial SCIENTIFIC AMERICAN,así como el logotipo correspondiente, son propiedadexclusivade Scientific American, Inc., con cuya licencia se utilizan aquí.
rssN021013óx
Dep. legal: B. 38.999- 76
Imprime Rotcayfo-Queb€cof, S.A. Ctra. de Caldes,km 3 - 08130 SantaPe¡p¿tuade Mogoda (Barcelona) Printedin Spain- Imprcsoen España
...cincuenta años
principalmente no.Sucampodeaplicación seencontrará paramisiones resultará inestimable donde enlosejércitos, y para rápidos. reconocimiento el envío de despachos AeuRnt[¡leNro. esta época de de semiautomatismos, "En lo tendrá el principal desarrollo en que no sólo el personalmilitarsino tambiénmu- Contodaprobabilidad, deldeporte, dondepodríadisfrutar de una fabrilestienenpocoen que ocuparse en el ámbito chostrabajadores iguala la delautomóvil., atentosa sus máquinas, salvomantenerse se agudiza popularidad humanaen situaciones el oroblema de la conducta de monotonía. En 1951,el psicólogo de la Universidad de McGillDonaldO. Hebbobtuvouna becadel Comitécapara la Defensapara realizar nadiensede Investigación prolongada un estudiosistemático. La exposición a un entornomonótonoproducesin lugar a dudas efectos nocivos. La personamuestradefectosde raciocinio; exhibe pueriles;su percepción reacciones emocionales visual se perturba;padecealucinaciones; cambiael trazado de sus ondascerebrales.,
Drneno rÉ, "El monetario es el másraroy curiosode los usosoueen Oriente se ha dadoal té en tabletas (hojasde té comprimidas en formade bloque). Circula en lasciudades chinas aúncomomediode intercambio y en los mercados y bazares más interiores de Asia Entrela ciudadmongola de Urgay la siberiana central. porvalorde mediomillóndetaeles Kiatka, dinero circula (unos600.000 dólares). En la últimaesedinerodejade paraentraren el intercambio de tabletas de emplearse té habitual en Siberiay Rusia,dondeel ejércitoruso, *En el últimoañoy medio,la ventacon receta lostopógrafos, y los Arusreoro. lascompañías teatrales ambulantes fármacotranouilizante en general lo practican de formarutinaria." de meorobamato. más conocido turistas como Miltowny Equanil,ha subidohastala cifra de de dólaresanuales. 32,5millones Se han vendidomás de mil millones de píldoras; la producción mensualde no cubrela demanda. 50 millones de toneladas Algunos farmacéuticos de California anuncianen el escaparate cadanuevaremesaconbanderines de coloresouerezan '¡Sí,hoytenemosMiltown!'" . . . c t e na n 0 s
...ciento cincuenta años uLatormentade la tardedel Lr RenuolocoMorEATRo. día 13 del mes pasadosupusouna dura pruebapara la resistencia del puentecolgantesobre las cataratas del Niágara,cuandolos cobradores del peajeabandonaronsus puestosen ambasentradasy se agolpóuna multitudpara verlo desplomarse; sin embargo,resistió COmO UnarOCa.D
Auro cxrc.*Al mejoraspecto de los cochesde este año contribuyeen gran medidael considerableaumentode la distancia entreejes que, en el caso de algunasde las máquinasmás pesadas,supera ya los tres metros.Además,el motorde ha traídoconsigo seiscilindros el aumentode la longituddel capó, lo cual contribuye también al aspectogeneralatrevido y elegante de las máquinas más modernas.Prestandouna juiciosaatencióna esos detalles, inclusolos fabricantes de modelosmenospotentesy más baratoshanconseguido dotara sus productosde un estilodel que carecíanpor completolos modelosanteriores.u Vu¡lo DEPoRTtvo Y vuELoMrLtttn. *Siendoya un hechoconsumadoel vuelodel aviónmecánico,podemos observar ahora oueel interés se desvíadesdeel globodirigiblehaciael aeroplay Cl¡rucln, lruvrsrtenctó¡l enero, 2007
L oú l t i m oe n a u t o m ó v i le ns e , r o1 9 0 7
LosneurosDEL DocroR Ltvll.¡cs. (El afamado ToNE. viajerodoctorLivingstone haestado dando conferencias desdesu regreso Durante a Inglaterra. su inaudita marcha, soloentresalvajes, paraquienesuna carablanca era comoun milagro, el doctor Livingstone sevioobligado a luindescharcontrapenalidades criptibles. Venció la hostilidad de gracias losnativos a suprofundo conocimiento delcarácter de los y de la lengua mismos bechuana, que estáemparentada con la de aquéllos. Vadeóríosa pie; y lodos durmióen lasesponjas de lasciénagas, tan a menudo quese veíaobligado empapado a usarla axilaa modode bolsillo parael reloj.Abundaban los pormuchas leones, adorados tribuscomoreceptáculos delalma difuntade sus jefes;peroopina oueel miedoa losanimales salvajes africanos es mayoren queen Africa." Inglaterra
ASTR(]Nf}MIA
Gaslunar de la Lunade cuerpofrÍo y quietopudiera I a reputación l- resullarinmerecida. Un nuevoexamende las fotografías tomadaspor el Apolo15 ha puestode manifiesto, en la formación Ina,elementos del relievecuyanitidezrevelajuventud. La escasezde cráterespor impactode asteroides en el suelode la estructura nos indicaquesu edadno superalos 10 millones de años.Los datosesDectrales tomadospor satélitesmuestran unasbandasde reflexión minerales en uno de los cráteres de Ina.Con el tiempose habríanapagado. Pareceque,entre haceuno y diezmillonesde años,se produjouna liberación de gasesque expulsóel polvode la superficie y dejóal descubierjuvenilesde la formación. to las características PeterSchultz, de la Universidad de Brown,aulordel estudio,sostieneque aun cuandohayacesadola actividad volcánica en el astro,sus subproductos conlinúan llegando a la superficie. -N¡kh¡l Swaminatham
Ina,estructura de la superficie lunaren formade D, presenta pocosimpactos: debióde remodelarla la actividad volcánica. y cascote. Laszonasclarassonfarallones Conluzrasante se manifiesta la depresión de lna (recuadrol
ARMAMENT()
Elensayo fallido deCorea delNorte f n cuantoCoreadel Norteanuncióque habíaefectuado I- un ensayonuclear,los expertospercibieron que la explosiónhabíasido muchomenorde lo esperado. En una orrmera pruebasuelendetonarse bombasde entrecincoy veinticinco (Corea,al parecer,habíadichoa Chinaque la suya kilotones. serÍade cuatrokilotones; veintefueronlos de la primerabomba nuclearde la historia.) Segúnlos cálculosrealizados a posteriori,habríaexplotado sólo un artefacto de mediokilotón.De lo que no cabedudaes de su carácternuclear. Las muestras de aire recogidas dos díasdespuéscontenían isótoposradiactivos de xenón.Poresosy otrosindicios, se suponeque la primera bombaatómicacoreanafracasó.Debatenlos expertossobre el materialfisibleempleado. A tenorde las muestras de aire, debióde ser plutonio, un elementoque Coreadel Nortelo poseeen abundancia. No constaque hayaenriquecido uranio en la medidanecesaria paraun arma.El plutonioha de estar rodeadopor unacombinación de explosivos lentosy rápidos. A ese recubrimiento ha de dárseleunaformamuyprecisapara que genereuna ondade choqueperfectamente esféricaque comprima el plutoniohastaduplicarsu densidad, al menos,o inclusoquintuplicarla. Talcondición se requiereparaque una masasubcrítica de plutoniose convierta en supercrítica (es decir,capazde sustentar una reacciónen cadena).Las desviacionesde la simetríadeformarán la cargay el adensamiento serámenoseficaz.Puedefallartambiénel iniciador, un emisor que cebala reacciónen cadenay que ha de de neutrones
4
c 5
P 5< -z r'PS ir-
Uó
Lasbarrasde combustible agotadas delreactorde Yongbyon debieron de serla fuentedelplutonio 239 parala explosión porCoreadelNorteel I de octubre nuclear ensayada de 2006
t=
=X
actuaren el momentopreciso. Si, además,el plutoniocontiene una proporción excesiva del isótopo240,que emitemuchos por segundoque el 239,la sobreabundancia más neutrones de producirá que no desarrollará neutrones una predetonación, toda la capacidad destructiva de la bomba. -Graham P Collins
y CtENctA, lruv¡srtcnclóru enero, 2007
>+ E -..: -ui =i
/= uz
FISICA
Invisible la viabilidad teóricade la idea, ¡\ los pocosmesesde demostrar Duke,hanconsñl DavidSchurigy DavidSmith,de la Universidad Se tratade unosanillos sistemainvisibilizador. truidoun rudimentario Creadocon metal hechoscon un materialcompuesto. concéntricos y alambreinmersoen fibrade vidriose configura de suertetal, que de insólitas. Los anilloscurvanla radiación impartea la luz propiedades comoel aguaque fluyeen microondas en tornoal anillomásinterno, y reflejalas microondas en lornoa una piedra.El anillocentralabsorbe la re' normales. Se reducen menorcuantíaque lo haríaen condiciones por el objeto(en microondas, no en otras flexióny la sombrageneradas es la característica esencialde un frecuencias). Esa doblereducción ha resultado mássencillo de lo previsto, revestido invisibilizador. Lograrlo perode ahí a una verdadera los objetos de volverinvisibles capacidad hay un muylargotrecho. -J. R. Minkel en formade anilloabsorbe Desaparición: Unrevestimienlo débiles(rolo) unasreflexiones las microondas directaslazuh,produce y creaunassombras mínimas
*
r'
,,i;;'u'.'*Vr,1,
_ s, ,.^, ,
i' rrr,i¡ ,,
r";"
& r ill",
SENTIDt)S
Receptores deldolor
G 3
tres moléculas f n el venenode arañase han identificado parasondearel comportamiento l- que podrÍanservirnos de los receptores de las neuronas sensoriales en la generación en las extremide dolor.Trasinyectarlas toxinaspurificadas las patasy los animales dadesde ratones,se les hincharon y lamiéndolas. reaccionaron con contracciones Pero,según que el estudiopublicado en Nature,los ratonestransgénicos, los receptores, indiferentes no expresaban se mostraron a la de la toxina.Los péptidosaisladosde ciertas administración que la capsaicina, tarántulas estimulan el mismoreceptor el que hacepicantesa los chiles.Pero,a diferencia componente las toxinasde la tarántula est¡mulan la zona de la capsaicina, y la sustancia quehacepicantes El veneno de lastarántulas valdríanparaestudiarlas exlernade las neuronas sensoriales; receptores en las neuronas losmismos neuronas a los chilesestimulan sin destruirlas. -Alison Snvder sensoriales
H¿ E ¿
O J
BI( ) L O G I A
Fríaperduración
U> J , -
No un frío invernal, sinounas de temperatura corporal alargan la vida de losratones i i i
¿.^ üo ¡o
od Íz o6O >G
o> uñ
y CtENctA, lruvrslenclóru enero, 2007
a unadietabajaen de sangrecaliente sometidos I os animales l- caloríasvivenmás tiempo,perotambiénpasanmásfrío. Bastacon rebajarla temperatura corporalde los ratonespara a los cerebrosde ratonestransalargarsu vida.Se ha engañado génicosparaque percibiesen una temperatura ambienteexcesiva y redujeran de grado. su temperatura corporalunasfracciones Los fríosratones PodÍanentoncesconsumircuantoles apeteciera. transgénicos vivieronunostres mesesmás que los individuos del ordende un lerciode la aportada control,una prolongación por las dietasbajasen calorías. Algunasempresas de biotecnolopor el desarrollo gía se han interesado inductor de un dispositivo en los cerebrosde las de pequeñotamañoque pudierainstalarse personas y gobernase la zonaneuronalque regulala temperatura del cueroo. -N¡kh¡l Swaminatham
deluniverso primigenio. Faltan hojas delálbum deimágenes deluniverso Losastrónomos seafanan enencontrarlas Abraham Loeb
¡/ll - uando miro al cielo por la noche me pregunto si los seres humanos no nos ocupamos demasiado de nosotros mismos. En el universo hay mucho más de lo que nuestros ojos I I . alcanzan a ver desde la tierra. Como astrofísico tengo el privilegio de que me paguen para pensar sobre el tema y ordenar las cosas en perspectiva.Si no, habría realidades V que me turbarían, como mi propia muerte. Todos moriremos, pero cuando observo el universo como un todo, me entra una sensaciónde longevidad. El "gran panorama" me aparta de mí mismo. Los cosmólogosabordan algunasde las cuestionesfundamentalesque durante siglos pertenecieronal dominio de la filosofía. Hoy nos basamosen observacionessistemáticas y métodos cuantitativos. Quizás el mayor logro del siglo pasado haya , sido la concepción de un modelo del universo que se apoya en un número ingente de datos. No suele apreciarseel valor que el modelo tiene para nuestra sociedad. Cuando cada mañana leo el periódico, me encuentro con conflictos por fronteras, posesioneso libertades.Las noticias de
hoy se olvidan con rapidezen los días siguientes.Pero al abrir textosantiguosque se vienenleyendodesdehacemucho,como la Biblia, ¿quées lo primeroque vemos?Una descripción de la creaciónde los constituyentes del universo:la luz, las estrellas. la vida.
Aunque los sereshumanosse vean inmersosen problemasterrenales con muchafrecuencia,sienten tambiéncuriosidadpor el "panoramaglobal". Como ciudadanosdel universonos preguntamospor el nacimientode las primerasfuentes de luz, la apariciónde la vida y la existencia de otras especiesinteligentesen la vastedaddel espacio.Nadie se ha encontradomejor situado que los astrónomosdel siglo xxt para responderestascuestionescruciales. La cosmologíamodernaes una ciencia empírica. Podemosver, entiéndaseal pie de la letra, el pasado.Cuando miramos nuestra imagen reflejadaen el espejoa un metro de distancia, nos vemos tal y como éramosseis nanosegundos antes,el tiempo que le
10{3 segundos Lainflación cósmica crealassemillasde los grumosde materia
70.000 años Lamateria seconvierte en lacomponente dominanle losgrumos delcosmos; emprezan a crecer
400.000 años Recombinación: alaparecer neutros losátomos deliberala radiación delfondodemicroondas
10{3 segundos y el tiempose El espacio desacoplan; tiempomás temprano significativo
LA LINEADELTIEMP0 C0SM|C0 contiene unaedadoscuraentrela liberación de la y la formación y estrellas. radiación galaxias delfondode microondas de las primeras para Eseperíodo se cerrócuando la luzde las estrellas brotéen cantidad suficiente que gas ionizar el aho¡adomina el espacio intergaláctico. lleva a la luz espejo y regresar. De igual forma, los cosmólogos no tienen que hacer cábalas sobre la evolución del universo; la contemplan a través de los telescopios.Puestoque todas las direccionesdel universo parecen estadísticamenteidénticas, lo que apreciamos a una distancia de miles de millones de años-luz es, probablemente,una justa representaciónde nuestra propia región del espacio tal y como fue hace miles de millones de años. La cosmología observacionalpersigue captar la historia completa del universo, una visión ininterrumpida de lo que nos ha precedido, empezando por un gas amorfo de partículas subatómicas.Tenemosuna instantáneadel universo a los 400.000 años tras la gran explosión: la radiación del fondo cósmico de microondas.Mil millones de años más tarde, contamos ya con imágenes de galaxias. A mediados de la próxima década,la NASA lanzará el Telescopio Espacial JamesWebb. Este ingenio estará capacitado para observar las primeras galaxias,
r En los últimosdecenioslos cosmólogoshan venido prestandoatencióna la radiacióndel fondo cósmicode microondas,una visión del universo a la edad de 400.000 años. Pero entre ese momentoy la apariciónde las primerasgalaxias transcurrióun períodode casi total oscuridad, apenas rota por débiles emisiones.Las sombras de esa era celan los secretosde la formaciónde las galaxias. ¡ Es manifiestala dificultadde examinarun período que, por su propia naturaleza,resulta poco menos que invisible.Hay que dar con las débilesondas de radio que el gas de hidrógenoeléctricamente neutro emitía durante su interaccióncon la radiación del fondo. Se acaba de iniciar la búsqueda. I El mapa resultanteadquiriráun interés harto mayor que el mismo fondo de microondas.Será tridimensionaly mostrará,paso a paso la aparición de estructurasa partir de lo amorfo.
que, según predicen los teóricos, se generaron cuando el universo tenía unos cientos de millones de años. Queda, pues, un gran hueco. Entre la emisión del fondo de microondas y los primeros rayos de luz estelar hubo un período en el que el universo era oscuro y el fondo de microondas no llevaba ya inscrita la distribución de materia. Parecerá una época sombría y letárgica, un intermedio aburrido entre las secuelas inmediatas de la gran explosión y el bullicioso cosmos de hoy día. Sin embargo, algo fundamental sucedió en esa edad oscura: la sopa primordial evolucionó hasta convertirse en el zoo variopinto de cuerpos celestesque hoy observamos.En la oscuridad, las fuerzas gravitatorias ensamblaron los objetos del cosmos. La situación que se les presenta a los astrónomos recuerda al álbum de fotos que pasara de las primeras imágenes en ultrasonido de un feto a las fotografías de su adolescenciay madurez. Si se intenta averiguar a partir de las fotografías lo acontecido entre ambas fases, se podría incurrir en grandes errores. Un niño no es un feto a mayor escala, ni un adulto a menor escala.Lo mismo sucedecon las galaxias.No siguieron un desarrollo lineal a partir de los grumos incipientes de materia perceptibles en el fondo de microondas. Las observacionesnos hablan de una transición compleja la experimentada por el universo durante la edad oscura. Los astrónomosbuscanahora las páginasperdidasdel álbum fotográfico cósmico, que corresponden a la evolución del universo durante su infancia y a la formación de los constituyentes de las galaxias, entre ellas la Vía Láctea. Hace unos diez años, cuando empecé a trabajar en este campo, había muy pocos interesados.La cuestión concita en estos días la mayoría de los proyectos de futuras observaciones y promete convertirse en una de las fronteras de la cosmología más apasionantes.
Delosiones a losiones De acuerdo con la teoría de la gran explosión, el universo temprano estaba lleno de plasma caliente: una sopa de protones, electrones y fotones, espolvoreada con otras partículas. Los electrones en movimiento libre interac-
y CtEi¡ctA, lruv¡snctctóH enero, 2007
€
= € ¡ l"
F
z 6 o c I z z
1000millones deaños Límiteactualde lasobservaciones: lasgrandesgalaxiasse hanformado; la reionización es comoleta 100millones deaños Seformanlasprimeras que estrellas, reionizan el gasintergaláctico
9 o a q
F
tg z=
9 2 iz E-
o:
s6 o
{2
Í
Protón J Atomode hidrógeno
J
1..", :;__ .,.1,,",,,, _:- -
Orbitaoriginal-J
J I
o
orbitamayor
y losfotones, proporcionaban Lascolisiones paraquesu espínapuntase sinembargo, la suficiente energía en la mismadirección queel delprotón. Cuando el electrón recupera su espíninicial se liberaun fotónconunalongitud de ondade 21 centímetros. Fotón de21centímetrosTl
ESPTNES oPuEsros
ro.;.ffil: T
ESPINES ALINEADOS
4J
o
{
s
¡€>
Espínhaciaabajo
La energía cinética, la energía fotónica y la energía de espínconstituían lresreservas queintercambiaban energía defianerasdiversas. {l ENERGIA DELA RADIACION DEFONDO '6
*"^$t
'c
I
La cantidad de energiapresente en cadaunade lasreservas se represenla conunalemperatura: a másallatemperatura, mayor Al comienzo energía. de (a).En un momento la edadoscura, lastreslemperaluras eraniguales dado, y de espínempezaron quela lastemperaturas cinética a caermásdeprisa (ó).Después, energÍa fotónica la temperatura de espÍnalcanzó un equilibrio (c).Porúltimo, y loscuásares conla temperatura de losfotones lasestrellas y de espín(a).Las calentaron el gas,incrementando lastemperaluras cinélica y cómo. temperaturas relativas determinan si se puedeobservar el hidrógeno
""-"-^s
1000
.; B 100
-
Radiaciónde fondo \-l
6
E o
ENERGIA DEESPIN
atóm¡co
10 Movimientoatómico
.o rñ
z
106
=
107
loB (años) Tiempo
1oe
o z
ñ ó
F
Al rastrear distintas longitudes de onda, estos instrumentos examinarán la emisión de 21 centímetros en momentos diferentes de la historia del cosmos. Con sus datos se levantará un mapa tridimensional de la distribución del hidrógeno neutro. Se observará el crecimiento de fluctuaciones de densidad de una parte en 100.000 (las registradas en el fondo de microondas) hasta que fueron varios órdenes de magnitud mayores. En los lugares de mayor densidad aparecerángalaxias y CrENctA, lNvESTtGAcróN enero, 2007
y las burbujas de hidrógeno ionizado que crean. Las burbujas proliferarán y se irán fusionando; con el tiempo limpiarán el espacio intergaláctico de hidrógeno neutro. La nitidez de las fronteras de las burbujas revelará si la reionización se debió a estrellas de gran masa o a agujeros negros. De las estrellas masivas mana sobre todo energía en forma de luz ultravioleta, mientras que los agujeros negros generan más rayos X, que penetran
11
hasta mayores profundidades en el gas y producen, pues, fronteras menos definidas. Por varias razones, el mapa de 21 centímetros contendrá seguramentemás información que cualquier otra cartografía cosmológica, más incluso que el fondo cósmico de microondas. En primer lugaq las imágenesdel fondo de microondas son bidimensionales, ya que se crearon en un momento único en el tiempo (cuando el universo se enfrió por debajo de 3000 kelvin). En cambio, el mapa de 2l centímetros, tal y como se ha explicado antes, será tridimensional. En segundolugar, el fondo de microondasresulta algo borroso, puestoque su liberación no sucedióen todos los puntos exactamenteal mismo tiempo; el universo atravesó un período en el que no era ni totalmente transparente ni totalmente opaco, como la niebla que se disipa poco a poco. Durante ese tiempo, la radiación se difundió en distanciascortas,emborronandolas impresionesmás finas del fondo de microondas.Por el contrario,la radiaciónde 21 centímetrossurgió de los átomos de hidrógeno y no tropezó con nada que se interpusiese en su propagación a través del espacio; por eso, traza Ia distribución del gas sin emborronarla. En tercer lugar, el fondo de microondas lleva información de las fluctuacionesde la densidadde la materia que serían semilla de galaxias, mientras que el mapa de 21 centímetros mostrará por igual las semillas galácticas que el efecto de las galaxias ya formadas en sus alrededores. Para detectar la señal de 21 centímetros habrá que superar numerosas dificultades. Habrá que filtrar las emisiones de radio de baja frecuencia terrestres. Costará ain más vérselas con la radioemisión de fondo de nuestra galaxia, diez mil veces más intensa que la señal de la época de reionización. Por fortuna, el ruido galáctico es más o menos igual a longitudes de onda algo diferentes, mientras que la señal primigenia fluctúa con la longitud de onda, en concordancia con la estructura espacial de las burbujas ionizadas. Tal diferencia permite la extracción de la señal. Los astrónomospodrán comparar los mapas de 21 centímetros con las imágenes de los telescopiosde infrarrojos, como el JamesWebb. Las galaxias que se observen en luz infrarroja deberían correlacionarsecon las burbujas ionizadas del hidrógeno neutro. Aparte de los retos observacionales,corresponderá a los teóricos acometer numerosas tareas pendientes. Sobre todo, tendrán que ejecutar grandes simulaciones por computadorde lo que fue sucediendoen un volumen suficiente de espacio (en torno a unos mil millones de años-luz) para que valga de muestra estadísticamente representativade nuestro universo. Deberán hacerlo con una resolución que permita representara las galaxias enanas.La simulación habrá de describir la propagación de la radiación ionizadora de las galaxias a través del gas circundante, proceso que hasta ahora se ha recogido muy vagamente en los modelos. Es posible que los observadoresvean la reionización antes de que los teóricos hayan predicho qué debería verse. La conjunción de los esfuerzosteóricos y del empeño de los observadoresanojará luz sobre las incertidumbres que hoy abundan en la teoría de la formación de
12
las galaxias. Algunas dudas conciernen a los grandes agujeros negros de los centros galácticos.A lo largo de los últimos diez años, se ha comprobado que casi todas las galaxiasactuales,incluida laYíaLáctea, alberganun agujero negro de masa elevada.Se cree que estosobjetos se alimentancon gas esporádicamente;tales episodiosse gestaríanen una fusión de galaxias. Durante esas fases de crecimiento, el gas que cae al agujero brilla mucho más intensamenteque el resto de la galaxia: se forma un cuásar. El Estudio Digital Sloan de los Cielos ha descubierto que a la edad cósmica de mil millones de años ya existían cuásarescon agujeros negros de más de mil millones de masas solares. ¿Cómo se formaron agujeros negros tan pronto y tan grandes? ¿Por qué dejaron de crecer? Otras preguntas guardan relación con la distribución de tamaños de las galaxias. Los teóricos piensan que
y CtENcrA. lruv¡slctcróru enero. 2007
z
z-6 >:
A@
-6PE > zg
i i -^. s x ó > x az! Áo.S <x
i
ti ors; : =E*
la radiación ultravioleta de las galaxias enanas calentó el gas cósmico durante la reionización y suprimió la formación de nuevasgalaxias pequeñas.¿Por qué se ha prolongado esa supresióna lo largo del tiempo? De las
Elautor
galaxias enanas que encontramoshoy, ¿cuáles existían ya al principio? No son sino un par de muestrasde los muchos interrogantescuyas respuestasse ocultan en la edad oscura.
íacomplementaria Bibliograf
parala Loeb.Apuntes de la presentación FtRsT LtGHT. Abraham y agujeros delestudio teóricode lasestrellas negros de la abril2006. Escuela de lnvierno de SAAS-Fee, Le mueven las cuestiones épocade reionización. clásicas oe ATTHEE0GE CHASTNG HUBBTE's Sr¡oows:Tr¡ SrnncHF0RGALAXTES la filosofía. Enbuscade respuesta estudió física.Enseña Hilly Wang,2006. or Tr¡¡r.Jeff Kanipe. y profesor astronomía en la Universidad Harvard de es visitante ANDTHE lr LowFRrou¡Ncr¡s: Tnr 21 cN Tnlrusfl0N delInstituto Weizmann de Ciencias en Rehovot, lsrael. También CosNoLoev Steven Furlanetto, S. Peng0h y Frank ha sidoun pionero de la detección Hlet-Rtosrrrr UNrvERsE. de planetas extrasolares gravitatoria y delestudio 433, números 4-6, págs. mediante la técnica Briggsen PhysicsReports,volumen de la microlente de la generación o ,c t u b rdee 2 0 0 6 . de rayosgamma en el espacio intergaláctico. 1 8 1 - 3 0 1 Abrahamloeb es uno de los más destacados exDertos
y CtENctA, lruv¡srtcnclóru enero, 2007
13
ESPEJ[} Untipoespecial decélulas cerebrales reflejan el mundo exterior. Vehiculan nuestra capacidad deimitar, aprender y comprender lasacciones e íntenciones ajenas y Vittorio Giacomo Rizzolatti, Leonardo Fogassi Gallese
na escenabreve: Pablo mira cómo Elena corta una flor. Pablo sabe qué está haciendoElena (cortar la flor) y sabe también por qué lo hace.Elenale sonríe;Pabloadivinaque se la va a regalar. Su percepción de lo que está sucediendoes casi instanpropósitos tánea. Pero, ;.de consigue comDrender comprender la acción acción y los propósitos ¿de qué modo consique de Elena con tanta facilidad? Un decenio atrás, psicólogos y neurocientíficos habrían atribuido ese conocimiento de las acciones de otro individuo y, sobre todo, sus intenciones a un proceso de razonamiento,no muy distinto del que se sigue en la resolución de un problema lógico: un refinado aparato cognitivo en el cerebro de Pablo procesaría la información que le proporcionan sus sentidos y la compararía con experiencias similares (almacenadascon anterioridad), llegando a una conclusión sobre lo que va a hacer Elena y los motivos que la animan. Aunque ciertas situacionessí den origen a deduccionescomplejas, sobre todo a la hora de analizar conductasextrañas,la facilidad y prontitud con que solemoscomprenderaccionessimples sugiereun mecanismomucho más sencillo.A comienzosde los años noventa,nuestrogrupo de investigaciónde la Universidad de Parma, que contaba entoncescon Luciano Fadiga, halló, de forma casual, la respuestaen una clase sorprendentede neuronasen el cerebro de un mono. Tales células nerviosasse excitan cuando el individuo ejecuta simples acciones motoras dirigidas a un fin, por ejemplo, agarrar una fruta. Lo reseñable es que se excitan también esas neuronas cuando el sujeto ve a alguien realizar la misma operación. Estas células cerebrales recién descubiertasparecían reflejar en el cerebro del observador las acciones realizadas por otro. Por eso se las denominó neuronas espejo. A semejanzade los circuitos neuronales que almacenan recuerdos específicos, estos conjuntos de neuronas espejo parecen codificar patrones o moldes de acciones específicas. Tal propiedad permitiría no sólo realizar movimientos básicos que no sean fruto de reflexión alguna sino, además, comprender sin necesidadde razonamientosesos mismos actos observados
14
1. I-AACCION OUE REATIZA vfasmotoras unapsrsona excita ensl cerebro deotrapsrsona, la misma responsables deejecutar acción. Lasegunda comprende lo queestá dsunmodo visceral porque, merced haciendo la primera al mecanismo especulal, oxp0rimsnla la acción ansupropio cerebro. y CrENcrA, 2007 lHv¡slstc¡ór'¡ enero,
y CrENcrA, lilvEsTtcAcróN enero, 2007
t5
mer), termlnamos por comprender mos oír el mismo sonido al mono. que el patrón de actividad neuro- Gran parte de las neuronas espejo nal asociado a la acción observada de F5 que habían respondido a la constituía una representacióncerebral observaciónvisual de la acción con genuina del acto en sí, con indepen- sonido lo hicieron también al sonido solo. A estos subgrupos de células dencia de quién lo realizara. En investigaciones biológicas es les llamamos neuronas espejo audiofrecuente establecer la función de visuales. El paso siguiente se basabaen un un gen, una proteína o un grupo de células por un método muy directo: supuestoteórico: si las neuronasespejo participabanen la comprensión la eliminación de ese elemento y la determinación posterior de trastornos de un acto, deberían activarse también cuando el mono no veía la acen la salud o el comportamientodel organismo.Pero Ia técnica no nos ción en sí pero contaba con indicios suficientespara crear una representasirvió para determinar la misión de Reconocimiento las neuronas espejo. Se extendían ción mental de la misma. Empezamos instantáneo por mostrar al mono un voluntario Cuando descubrimos las neuronas éstas a regiones importantes de uno que se dirigía a una ración de comida espejo no nos proponíamos defen- y otro hemisferio, incluidas las corteder o combatir tradicionesfilosóficas. zas premotora y parietal: la destruc- y la cogía. Se interpuso luego una Estudiábamosla corteza motora, en ción del sistema neuronal especular pantalla ante el mono, p¿uano dejarle ver la mano del voluntario agarrarla implicado hubiera producido en los concreto el área F5, asociada a los movimientos de la mano y la boca, monos un déficit cognitivo tan gene- comida, con lo que el animal debía para averiguar de qué modo los patro- ral, que hubiera resultado imposible limitarse a sospechar el desarrollo nes de activación neuronal codifican aislar los efectos específicosde las ulterior de la operación. Más de la las instruccionespara Ia realización células eliminadas. mitad de las neuronasespejo de F5 pues,otro enfoque. se excitarontambién cuandoel mono de ciertas acciones. Registrábamos Necesitábamos, la actividad de distintas neuronasen Para demostrarque las neuronases- sólo podía imaginar Io que sucedía el cerebro de macacos. En el labo- pejo no sólo registrabanla visión de tras la pantalla. ratorio había numerosos estímulos un acto, sino que intervenían tamLos resultados confirmaban que para ellos. Y mientras desarrollaban bién en la comprensión del mismo, la actividad de las neuronas espejo la acción de respuesta (agarrar un evaluamosla respuestaneuronal en refuerza la comprensión de las acjuguete o una porción de comida, los casos en que los monos com- ciones motoras: siempre que pueda por ejemplo), observábamosla exprendieran el significado de un acto interpretarseuna acción por medios citación de conjuntos de neuronas sin verlo. Si, en efecto, las neuronas no visuales, como la representación mientras acometíanaccionesmotoras espejo mediaban la comprensión,su sonora o mental, las neuronasespejo específicas. actividad debería reflejar el sentido seguirán excitándosepara señalarel Advertimos entoncesalgo extraño: de un acto más allá de sus propieda- significado de la acción. cuandouno de nosotrosasíaun trozo des visuales.Acometimos dos series Tras los descubrimientos en el de alimento. las neuronasdel mono de experimentos. cerebro del mono relatados. cabía se activabansegúnla pauta en que se Primero nos propusimos determi- preguntarse si existía un sistema excitaban cuando el trozo lo agarraba nar si las neuronasespejo de F5 "reneuronal especular también en los el propio simio. ¿Obedecíaese fenó- conocían" accionessólo por su soni- humanos. Obtuvimos una primera meno a una circunstanciatrivial? ¿Se do. Registramoslas neuronasespejo prueba sólida de que así era, a través debía al movimiento inadvertido del de un mono mientras observabauna de una serie de experimentosen los mono mientras observaba nuestros acción motora de la mano a la que que, mediante diversas técnicas, se manejos?Una vez descartadasesa y acompaña un sonido inconfundible detectaron cambios en la actividad otras posibilidades (verbigracia,que (rasgar un papel o abrir la vaina de de la corteza motora cerebral. los monos estuvieranesperandocoCuando los voluntarios veían que un cacahuete).A continuación hiciotra personaagarrabaobjetos o gesticulaba con el brazo. el aumentode la excitación neural en los músculos de sus manos o brazos que intervendrían en movimientos idénticos a r El cerebrohumanoy el del mono cuentancon gruposde neuronas que respondencuandoun individuorealizaciertosactos y cuando los observadossugeríauna respuesta observaque otros ejecutanlos mismos movimientos. neuronal especularen las áreas mor Estas "neuronasespejo"aportan una experienciainterna directay, por toras de su cerebro.La existenciade tanto, una comprensiónde los aclos, intencioneso emocionesde otra neuronasespejohumanasrecibió una persona. nuevacorroboraciónen investigacior Las neuronasespejo puedensustentartambién la capacidadde imitar nes posteriores que se apoyaban en accionesajenas y, por tanto, el aprendizaje.El mecanismoespecular electroencefalogramasy otras medipuente serviríade entre dos cerebrospara su comunicacióny conexión ciones externas de la actividad cortien múltiolesniveles. cal. Pero hasta entoncesninsuno de en otra persona. Pablo capta la acción de Elena porque, aun cuando el acto sucedaante sus ojos, se desarrolla también en el interior de su cerebro. Según la antigua tradición fenomenológica de la filosofía, para comprender verdaderamentealgo había que experimentarlo dentro de uno mismo. Para los neurocientíficos,sin embargo, el hallazgo de una base física de esa idea en el sistemaneuronal especular significa un cambio radical en nuestra comprensión del modo de entender la realidad.
16
y CtENcrA, lruvesncrcló¡¡ enero, 2007
En experimentos con monos,los autoresdescubrieron, en áreasmotoras del cerebro(derecha), parecía subgrupos de neuronas cuyaexcitación representar las propiasacciones. Portanto,la excitación de tales"neuronas espejo"produciría en un individuo el reconocimiento internode la acciónde otro.Dadoque la respuestade estasneuronasreflejabala interpretación correctadel objetivodel movimiento, los autoresdedujeronque comprender las accionesconslituía un fin esencialdel mecanismo especular. A partirde las respuestas que esascélulasnerviosas de las "neuronas espejo"infirieron intervenían en la comprensión de la intención finaldel agente,puesdistinguíanentreaccionesde agarraridénticas con propósito distinto.
premotora Lóbuloparietal Corteza ventral inferior
CEREBRO DELMONO
COMPRENSIONDE LA ACCION pruebas, En las pr¡meras cuandoel monoagarraba un granode uvadepositado en un plato(t), se excitaba intensamente una neuronadel áreapremotora F5,asociada a las operaciones de manosy boca.Esam¡smoneuronarespondió tamb¡én con fuerza cuandoun agentetomóla uvaantela miradadel mono(2).
2ú 6
."A.r-=) \------___/ o
@
c o
DISCRIMINAREL OBJETIVO Unaneuronaespejode F5 se excitóintensamente cuandoel que la manode un agentese movíaparaagarrar monoobservaba un objeto(t), perono cuandola manose movíasin propósito claro(2).La m¡smaneuronarespondió a unaaccióndirigidaa un objet¡vo cuandoel monosabíaque habíaun objetodetrásde la pantalla opaca,aunqueno vierala secuencia completa de la (3).La neuronarespondió ejecuc¡ón débilmente cuandoel mono sabíaquetrasla pantalla no se ocultaba ningúnobjeto(4).
r
.ac$ /;7
,@ '--\
\-A \$5i \J
Visióndelmono delosmovimienros
Respuestas de lasneuronas espejodelmono
r ,1,
.,tl|ffilllrllulrMr
DISCERNIRLA INTENC]ON La lecturade las respuestas de una neuronadel lóbulo parietalinferiormostróunaexcitación ¡ntensa cuandoel monoagarraba unafrulaparallevársela a la boca(l). La respuesta para era menos¡ntensa si el monola agarraba echarlaa un cuenco(2).Esamismaneuronarespondía tambiéncon intensidad cuandoel monoveíaa un agente (4 y débilmente cogerla frutaparacomérsela antela acciónde cogelaparaecharlaal cuenco(4).En todoslos casos,la respuesta estabaasociada a la acciónde agarrar, De ellose inferíaque en la exc¡tación inicialde la neurona ya veníacodificada unacomprensión de la intención final.
de la mano
LlLf ,'l¡1,,r,t,,, l,l,l,J, |,,|t,,il,,u l,llllll
3
B
2
= z_
y CrENclA. lruvesrtcnclóru enero. 2007
17
una de los demásconstituye las intenciones Interpretar En un experimensocialhumano. clavedel comportamiento que esa al efectose ha demostrado lo recienteconcebido a espelo.Se presentaron resideen las neuronas capacidad filmadas(abaio,izquien unassecuencias unosvoluntarios "de agarrarun objeto" dos acciones da) que mostraban y parecidas sin acciÓn, dos contextos sin ningúncontexto, que revelaban la de accióny contexto dos combinaciones parael cafésugerÍa intención del acto:el serviciopreparado que la tazase aganabacon intención de beber,o bienque se cogíala tazaparalimpiarlaunavez lerminadoel café. espejoen la cortezapremotode neuronas Las poblaciones del cerebrode los sujetosse excira de amboshemisferios acciones máximacuandocontemplaban taroncon intensidad espelodistinguían, clara.Las neuronas de intencionalidad posibles, a la respondiendo entrelas intenciones asimismo, que básicade bebercon mayorintensidad funciónbiológica (abaio,derecha). culluralmente al actode limpiar,adquirido
ACCTON
CONTEXTO
E il EH Antesdel café
F )
los métodos utilizados nos permitía acotar con precisión las áreas del cerebro que se activaban al observar accionesmotoras.Así las cosas, nos dispusimosa explorar la cuestión mediante técnicas de formación de imágenes del cerebro. En aquellos experimentos,llevados a cabo en el Hospital San Rafael, de Milán, utilizamos tomografía por emisión de positrones (TEP) para observar la actividad neuronal en el cerebro de voluntarios humanos, mientras contemplaban diversas formas de asir algo la mano y, luego, como referencia,miraban a objetos fijos. En tales situaciones,la visión de accionesrealizadaspor otros excitaba tres áreas principales de la corteza cerebral. De una de ellas, el surco temporal superior (STS), sabemos que alberga neuronas que responden a la observación de miembros corporales en movimiento. Las otras dos, el lóbulo parietal inferior (LPI) y
18
(u r=
c I
ai l ci ó
"fi34 -,>
|
llo EP NE E6
I
g c
IZOUIERDA
DEBECHA
INTENCION
:
FEd re-
E
Beber
E
Iru
'E¿MÜ lru.-
ITMT
-
Acción
Limoiar
Contexto: antes delcafé
el giro frontal inferior (GFI), corresponden, respectivamente,al LPI y a la corteza premotora ventral del mono (que incluye la F5), las áreas donde habíamosregistradoneuronas espejo con anterioridad. De los resultados se infería que un mecanismo especular operaba también en el cerebro humano, pero no revelaban del todo su alcance. Por ejemplo, si las neuronasespejo permiten la comprensión directa, a través de la propia experiencia, de un acto observado,¿en qué medida el objetivo final de la acción es a su vez un componentede esa "comprensión"?
lntencionalidad Volviendo a nuestro ejemplo inicial, decíamosque Pablo sabe que Elena está cortando una flor con la intención de ofrecérsela.En ese contexto, la sonrisa de Elena da una clave para conocer su propósito, decisiva
Contextol después delcafé
Intención: beber
Intención: limpiar
para que Pablo comprenda el paso siguiente: Elena le entrega la flor Y completa los movimientos que constituyen ese acto. Cuando el gesto lo hacemosnosotros, desarrollamos una secuenciade acciones motoras cuyo orden viene determinado por nuestra intención. Con una serie de movimientos recogeríamos la flor y la acercaríamosa la nanz para olerla; con una serie parcialmente distinta tomaríamos la flor y la entregaríamos a otra persona. Ante semejantesituación,nos propusimos investigar si las neuronas espejo permiten comprender la intención mediante la distinción entre acciones similares con objetivos diferentes. Volvimos a nuestros monos. Registramos sus neuronas parietales en condiciones diversas. En un planteamiento experimental tenían que agarrar una ración y llevársela a la boca. A continuación. debían tomar
y CtENctA, 2007 ene¡0, lruv¡snclclóru
o< Eó )z 2Y O¿i >z
=? zP
:;
iur z: +2 =ct a-i
vo
gd 9 P FJ zq Éz =u-
-< gú z_
E á
I'n fO
esa misma porción y echarla a un cuenco. Con gran interés observamos que, dependiendo del objetivo final (la intención), la mayoría de las neuronas registradas se activaban de modo distinto durantela acción de agarrar.Se demostrabaasí que el sistema motor se organizaen cadenas neuronales,cada una de las cuales codifica la intención esoecífica del acto. ¿Serviríaese mecanismo para explicar nuestra forma de comprender las intenciones ajenas? Para someter a prueba las propiedades especularesde esas neuronas "aprehensoras",provocamos que un mono observaraa un investigadoren el curso de la ejecución de tareas que el animal había desempeñado antes.En cadacaso,la mayoríade las neuronasespejo se activaron de una maneradiferente,en función del destino: llevarse la comida a la boca o verterlaen el cuenco.Los patronesde activaciónneuronalen el cerebrodel mono coincidíanexactamentecon los observadoscuando el propio mono realizaba esos actos: las neuronas espejo que se excitaban con mayor intensidaddurante la acción "ag¿urar para comer" y no en la de "agarrar para echar al cuenco" se comportaron igual cuando el mono veía ejecutar la acción correspondiente. Parece,pues, que existe una relación clara entre la organización motora de las acciones deliberadas y la capacidad de comprender las intencionesde los demás. Cuando los monos observabanuna acción en un contexto determinado, les bastaba contemplar la primera fase de la sucesiónentera de movimientos (agarrar) para excitar unas neuronas espejoque formaban una cadenamotora en la que se codificaba también una intención específica.La activación particular de una cadenau otra mientras observabanel comienzo de la acción dependía de varios factores: naturalezadel objeto en cuestión, contexto y memoria de lo que antes hiciera el agente observado. Para comprobar si existe en los humanosun mecanismode lecturade intenciones semejante,colaboramos con el equipo de Marco Iacoboni, de la Universidad de California en Los Angeles.Se obtuvieronimágenespor resonanciamagnética (RM) de un grupo de voluntarios. Se presentaron
y CrENcrA, lruvrsttcncróru enero, 2007
ante los participantestres clases de estímulos. incluidos en secuencias filmadas. El primer conjunto de imágenes mostraba,sobre un fondo vacío, una mano que asía de dos maneras distintas una taza. El segundoconstaba de dos escenasque conteníanplatos y cubiertos: en una, preparadospara servir el café y, en la otra, terminado ya el café y en esperade limpieza. El tercer grupo de estímulos mostraba una mano asiendo la taza en uno u otro de esos dos contextos. Se trataba de averiguar si las neuronas espejo humanas distinguirían entre agarrar una taza para beber, como sugiere el contexto de "preparados para el café", y agarrar la taza para retirarla, como indica el contexto de "limpieza". Los resultados demostraronno sólo que ello era cierto, sino ademásque el sistema especularrespondíaintensamentea la componente intencional de un acto. Los sujetos de la prueba que observabanlas accionesmotoras de la mano en los contextos de "beber" o "limpiar" mostraron grados de excitación distintosen sus neuronasespejo; la intensidad en ambas situaciones era mayor que cuando observaban la mano aganando una taza fuera de todo contexto o cuando contemplaban sólo los platos y cubiertos. Humanos y monos son especies sociales. Por tanto, no es difícil apreciar las ventajas evolutivas (de supervivencia) de un mecanismo, basado en neuronasespejo, que fija las accionesmotoras esencialesdentro de una red motora semántica de mayor extensión,por una razón poderosa: facilita la interpretación directa e inmediata de las conductasajenas sin necesidadde procesoscognitivos complejos.En la vida social, la interpretación correcta de las emociones de los demásreviste importancia; de hecho. la emoción suele ser un elemento contextual clave que señala el propósito de un acto. Varios grupos venimos investigando si el sistema especularnos faculta para comprender lo que otros sienten, ademásde lo que hacen.
y aprender Gonectar Nuestra interpretación de las emociones ajenas, igual que la de las acciones,no sigue un camino único. La observación de alsuien emocio-
nado provoca una elaboración cognitiva de esa información sensorial. que, en último término, proporciona una conclusión lógica sobre los sentimientos que embargan al otro. Una observación que también podría provocar la elaboración de un mapa de esa información sensorial en las estructuras motoras que despertarían idéntica emoción en el observador. Entre una y otra forma de interpretación o comprensión media un profundo abismo. En la primera, el observador infiere la emoción, sin experimentarla; en la segunda, la emoción se reconoce directamente porque los mecanismosespeculares reproducen el mismo estado emocional en el observador.Por eso, la consabida frase "le acompaño en el sentimiento", que indica a la yez comprensión y empatía, quizás exprese una verdad literal de la que no seamosdel todo conscientes. Hallamos un ejemplo paradigmático en la emoción de repugnancia, reacción básica cuya expresión importa para la supervivenciade miembros de una especie.En su forma más primitiva, indica que algo probado u olido por un individuo es malo y, casi seguro,peligroso. Una vez más, en colaboracióncon neurocientíficos franceses,recurrimos a la resonancia magnética para demostrar que la sensaciónde repugnanciacausadaal aspirar olores fétidos y la observación de asco en el semblante de otra persona activan la misma estructura neural (la ínsula anterior) en puntos idénticos de dicha estructura.De lo que se desprendeque las poblaciones de neuronas espejo de la ínsula se excitan tanto si los participantesen la prueba experimentan la emoción como si la ven expresadaen otros. Con otros términos, el observador y el observado comparten un mecanismo neuronal que vehicula una forma de comprensiónpor experiencia directa. El grupo formado en torno a Tania Singer, del Colegio Universitario de Londres. descubrió coincidencias semejantesentre las emociones experimentadas y observadas en el contexto del dolor. Los participantes en el estudio sintieron el dolor producido al aplicarles electrodos en las manos; después,contemplaron la aplicación de electrodosen la mano de un compañero, seguida por una
19
indicación de estimulacióndolorosa. Ambas situacionesexcitaronlas mismas regiones de la ínsula anterior y de la corteza cingulada anterior en los sujetos del ensayo. Tomadosen conjunto, los datos no admiten dudas: los humanos captamos emociones,al menosemociones negativas intensas, a través de un mecanismo directo de cartografiado en el que intervienen partes del cerebro que generan respuestas motoras viscerales. Por supuesto, este mecanismo especular de captación de emociones no explica por entero la cognición social, pero aporta una base neuronal para algunas relaciones interpersonalessobre las que se construyen comportamientos sociales de cierta complejidad.Tal vez constituya un sustratopara la comunicación afectivacon los demás;susanomalías podrían intervenir en los déficits de empatía, como los que se aprecian en los niños autistas. Numerosos laboratorios, incluido el nuestro, siguen analizando estas cuestiones. Les anima el interés intrínseco del tema y las posibles aplicaciones terapéuticas.Si la experiencia ha inscrito el patrón de
una acción motora en las neuronas especulares,en teoría sería posible aliviar trastornos de la movilidad, como los ocasionadospor un ictus, mediantela potenciaciónde patrones de acciones que no hayan quedado dañados. Pruebas recientes indican que el mecanismo especular interviene en el aprendizaje de nuevas facultades. La imitación dista de hallarse desarrollada entre los primates no humanos. Se da raras veces en monos; en los grandes simios (chimpancés y gorilas), es limitada. Para los humanos, sin embargo, la imitación constituye un instrumento de interés máximo para el aprendizajey la transmisión de destrezas,lenguas y cultura. ¿Seapoyó en el sustratoneuronal del sistemaespecularestesalto evolutivo desdenuestrosantepasados primates?Iacoboni y su grupo aportaron las primeras pruebas de que pudiera ser así. Utilizaron imágenes obtenidas por resonanciamagnética para observarhumanos que contemplaban e imitaban movimientos de dedos. Ambas actividadesexcitaban el giro frontal inferior (GFI, parte del sistema especular), sobre todo
por mal oloro vieranimágenes Sintieran repugnancia exprede otraspersonas (izquierdal, regiones sandorepulsión en el cerebrode los individuos se excitaban En estecortetransversal similares. del cerebrose enmarcan en ro¡olas poblay en amarillolas que cionesde neuronas activadas al experimentar repugnancia (La regiónestudiada se excitanpor la meravisiónde tal sensación. se delimita Estosgruposde en azul;en verde,las examinadas en un estudioanterior.) que se superponen neuronas tal vez representen físiconeuronal un mecanismo de la empatÍahumanaque nos permitecomprender las emociones de nuestros seme¡antes.
20
cuando el movimiento tenía un fin específico. En todos estos ensayos, empero, los movimientos a imitar eran sencillos y reiterativos. ¿Qué función desarrollarían las neuronas espejo cuando aprendemos por imitación acciones complejas y nuevas? Para responder a esa pregunta, Giovanni Buccino, de nuestra universidad, y otros colaboradoresen Alemania analizaron mediante imágenes por resonancia magnética la imitación posterior de los movimientos de cuerdas de guitarra tocadas por un experto. Mientras los sujetos de la prueba observabanal guitarrista, su sistema de neuronasespejo parietofrontales se activó. La misma iírea se excitó con intensidad mayor cuando los sujetosimitaban los movimientos de las cuerdas.Cabe señalarque en el intervalo siguiente a la observación, mientras los participantes preparaban su imitación del guitarrista,entró en actividad otra región del cerebro: el área prefrontal 46. Esta se asocia a la memoria de planificación y operaciones motoras; puede, por tanto, desarrollar una función esencial en el correcto encadenamientode los pasos elementalesque constituyen la acción a imitar. Durante largo tiempo los neurocientíficos se han sentidodesconcertados ante numerososaspectosde la imitación. Así, el modo en que el cerebro de un individuo aceptaIa información visual y la interpreta para traducirla a términos de movimiento. Si el sistema de neuronasespejosirviera de puente en ese proceso,amén de vehicular la comprensión de las acciones,intenciones y emociones de otras personas, habría quizás evolucionado hasta convertirse en componente destacado de la capacidad humana de aprender, a través de la observación,refinadas habilidadescognitivas. No sabemostodavía si el sistema neuronal especular es exclusivo de los primates o si lo comparten con otros animales. Nuestro grupo ensaya ahora con ratas para averiguar si presentano no respuestasespeculares en sus neuronas. Esta propiedad especularinterna puede haberse desarrollado en una fase tardía de la evolución, 1o que explicaría una implantación en los humanos mayor que en los monos. Dado que hasta los hombres y monos recién naci-
2007 lruv¡sncrclóru YCIENctA, enero,
So 6i sg
.\ :l
á : XÑ 6T
.;ó ¡t
d9 i^a x¿ ¿q
ñE
rE tr< tq
d3 N*a Ets o2 >s 6r aG F
0 (esquema unidimensional a): siguiente situación que, unacadenade átomos en ausencia de (ceroabsoluto térmica agitación de temperatura), con un espaciado se disponen entreátomosa parael cualla energía acumulada en el sistema b es mínima. Es útil,y unaaproximación muchas vecesválida,representar la interacción entre quelos unen.Consideremos, átomospormuelles quecadaátomosólonotala presencia además, (dosen el caso de susvecinos máspróximos unidimensional). A temperatura finita,todoslos átomosvibranalealoriamente alrededor de su posición de equilibrio. Así,la posición del átomo número1 oscilará conel tiemposegúnun valor u(f).En promedio, se separade su posición de equilibrio unadistancia 6. La posición con respecto al origen(átomonúmero0) del enésimo átomo,quesólonotarála presencia de sus dos vecinose inlentará mantener la distancia correcta c resoecto a ellos.habráacumulado las desviaciones respecto a la posición de equilibrio de los las leyesde n - 1 átomosprecedentes. Utilizando que las fluctuaciones la estadística, encontramos en la posición del enésimoátomorespecto al origenson del ordende n1l26. Aunque6, quecrece suavemente con la temperatura, sea pequeño comparado con a, el erroracumulado llegaráa grande. superarel valora pa'an suficientemente periódica Cuandoestoocurra,la conelación de la cadenase habráperdido: la posición delenésimo átomono podrápredec¡rse conociendo la posición del átomo0 y la distancia de equilibrio a. La agitacióntérmica llegaa destruir el ordende largo paralas redesen alcance. Esteresultado, sin embargo, es diferente dosy tresdimensiones. lmaginemos el casosimplede unaredcuadrada(esquema b), en la que los átomosse sitúanen los vérticesde cuadrados de ladoa. Consideremos la interacción del átomosituado (a,a)consusvecinos (a,0)y (0,a),loscuales, en lascoordenadas a (a,0)y (0,a)fluctúan su vez,interaccionan conel átomo(0,0).Cuando y se acercanal origen(0,0)se favorece en la mismadirección mucho el acercamiento delátomo(a,a).En cambio, si un átomose alejay el olro se acercaal origen,el acercamiento del átomo(a,a)al origen será,en promedio, menor. La ideaes:la amplitud de lasfluctuacionesen la posición de un átomorespeclo al origenserámenor,en promedio, quelo enlazan cuando aumenlen loscaminos conel origen. El número de dichoscaminos mayoren tresdimensiones. es incluso por Segúnesteargumento, la destrucción delordende largoalcance las fluctuaciones resultacualitativamente diferente en una,doso tres y dimensiones. También cabeargumentar cuantitat¡vamente, siempre
A dif'erenciade lo que se observa en los sistemas tridimensionales, donde el acercamientoa la temperatura de fusión provoca bruscamenteel cambio de sólido cristalinoa líquido isótropo,en los sistemasbidimensionaiesse tiene un procesogradual.Se generanerrores en la red cristalina
64
a¿r-')
//
aa
ao
a
(t'
vl
\ \
a
- t L-l-" \-a
+
)
a
A"? (\ \.9