¿Te interesa la nanotecnología?

La conferencia de Harry Kroto en 1995 en la londinense Royal Society nos cuenta la historia de cómo un experimento en 1985 para estudiar la química del carbono en estrellas gigantes rojas reveló la existencia de una forma alotrópica del carbón “maravillosa”, las buckybolas C60 o fulerenos, que tiene la misma “forma” que un balón de fútbol.

http://www.vega.org.uk:8080/ramgen/vri/celestial_sphere.rm?cloakport=554,7070

La conferencia de Sumio Iijima en 1997 sobre nanotubos es aún mejor, con música incluida, la conexión entre las técnicas del mimbre y el descubrimiento de los nanotubos, ¡ excelente !

http://www.vega.org.uk:8080/ramgen/vri/nanotubes.rm?cloakport=554,7070

Las dos están en inglés, pero la del japonés Iijima realmente merece la pena, incluso si no dominas el inglés. ¡ Chapó !

La blog-entrada “¿Una nueva dimensión temporal?” me ha llevado hasta “¿Nos estamos perdiendo una dimensión del tiempo?” y de ahí hasta la “necesidad” de hacer un comentario sobre la teoría de I. Bars sobre el universo en 2+4 (en realidad 1+1(+)1+3) dimensiones (que parte de la teoría F de C. Vafa en 2+10). La causalidad (paradojas como la del abuelo) no se violan en estas teorías porque no son realmente teorías en 2 tiempos (aunque la llaman física en dos tiempos “2-T physics”). Cada tiempo es “diferente”, actúa “causalmente” sobre “espacios” distintos. Lo mejor sería decir que tenemos un tiempo y un “hipertiempo”, como entidades claramente separadas.

¿Qué es la Teoría de Cuerdas (String Theory)? Nadie lo sabe realmente, pero la opinión actual es que hay una teoría subyacente (actualmente inimaginable) que puede ser “vista” (aproximada en ciertos límites asintóticos) de múltiples formas: como 5 teorías de cuerdas en 1+9 dimensiones, como la supergravedad en 1+10 dimensiones, y como la teoría F en 2+10 dimensiones. Estas aproximaciones están relacionadas entre sí por las llamadas dualidades (ciertas transformaciones de “simetría” no estándares). A esta teoría subyacente se le suele llamar teoría M, aunque ciertas ideas actuales sobre la teoría M quizás no se “consoliden” en la versión final de la misma (por ello, creo que acabará teniendo otro nombre, quizás T.O.E., theory of everything, Teoría de Todo).

La teoría F fue introducida por Cumrun Vafa, “Evidence for F-theory“, Nuclear Physics B, 469(3): 403-415 (1996) (arxiv, citado 808 veces según Google Scholar). La física en dos tiempos (F-2T) es una re-formulación de la física con un sólo tiempo (F-1T) que nos muestra simetrías “ocultas” en la F-1T que nos permiten establecer nuevas dualidades (en el sentido de la teoría de cuerdas). La idea de usar “dos tiempos” es muy antigua, por ejemplo P.A.M. Dirac (1936), como no, pero no había sido “explotada” en profundidad hasta el trabajo de Vafa, quien descubrió ciertas dualidades “ocultas” entre dicha teoría en 2+10 y las teorías de cuerdas de tipo IIB (y más tarde también IIA) en 1+9 dimensiones.

En la teoría de Bars, introducida en “The Standard Model of Particles and Forces in the Framework of 2T-physics“, se propone que la física en 1+3 dimensiones (el modelo estándar) es equivalente a una física en 2+4 dimensiones en la que se ha fijado cierta simetría gauge sobre 1+1 dimensiones. El problema con esta teoría es que esta reducción no es única (hay infinitas inmersiones de 3+1 dimensiones en 4+2, con lo que no es fácil justificar el porqué el Modelo Estándar es como es. En teoría de cuerdas pasa algo parecido, el problema del vacío (landscape problem), no sabemos porqué “nuestro” universo y sus leyes son como son (podrían ser de muchas otras formas). Muchos aluden al principio antrópico pero ello nos aleja de nuestro tema.

La idea de Bars es la siguiente: imaginemos un objeto 3D en una caja 3D con varias fuentes luminosas que proyectan múltiples sombras de dicho objeto sobre las diferentes paredes, ¿qué vería un ser de planilandia que sólo pudiera moverse por las paredes? Consideraría cada sombra como objetos completamente diferentes. Él no “vería” que provienen de un objeto común. De la misma forma, una teoría única en 2+4 dimensiones genera una gran variedad de “sombras” con un único tiempo, que corresponden a diferentes universos en 1+3 dimensiones, cada uno con “su propio” tiempo.

Como se afirma en “Time and Time again“, cada una de las sombras es incapaz de mostrarnos todas las propiedades del objeto 3D original, por lo que la física 1-T es insuficiente para capturar todas las simetrías observadas en la física 2-T. Por ejemplo, aparece una simetría muy interesante entre posición y momento (lineal).

¿Puede un investigador en 1+3 dimensiones percibir la presencia de 2+4 dimensiones? Sí, gracias a las simetrías de la teoría 2+4 que aparecen como simetrías “ocultas” en 1+3 dimensiones. Bars propone un modelo 2+4 basado en el grupo simpléctico Sp(2,R) que garantiza la causalidad y la unitariedad en todas las posibles “sombras” 1+3, una de las cuales parece coincidir con el Modelo Estándar.

¿Aportan algo las nuevas ideas que podríamos calificar de “holográficas”? Básicamente eliminan un partícula no deseada en la Cromodinámica Cuántica, un axión que surge debido a la conservación de las simetría CP por la fuerza fuerte (esta simetría es violada por la fuerza débil), pero que no ha sido detectado experimentalmente (según Bars porque no existe). Bars además explica que la invarianza de Runge-Lenz en las órbitas planetarias en mecánica celeste clásicas puede tener su origen en la invarianza a rotaciones en la teoría 2-T.

Quizás los resultados a obtener en el LHC en el CERN nos aclaren algo sobre si estas ideas tienen o no “cierto” futuro en el marco de la futura T.O.E. (si es que ésta realmente existe).

El fin de semana requiere descansar y disfrutar (aunque éste me toca bricolaje). ¿Qué tal música “youtubeada”? Aquí tenéis un video de la canción “LHC” de las CERNettes, rodado, donde si no, en el propio tubo del futuro LHC. Atención a los trajes de ellas y al hecho de que los únicos que no llevan casco (¿obligatorio?) son el violinista y las propias CERNettes.

http://es.youtube.com/watch?v=A1L2xODZSI4&feature=related

Para los que prefiráis algo más serio os recomiendo la conferencia “My Life as a Boson” del propio Higgs (catedrático de la Universidad de Edinburgo) en el Michigan Center of Theoretical Physics (mayo 2001). Son sólo 13 transparencias y 54 minutos de charla (claro, en inglés).

Lo sé, lo sé, esto puede ser “mucho” para una amplia mayoría. Así que si no te encuentras entre la minoría que asiste a conferencias en inglés, al menos puedes “youtubear” un poquito más (entrevista a Peter Higgs, en inglés):

Al menos has podido ver el “careto” de Peter Higgs

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La sección “Horizons” de la revista Nature presenta artículos que merece la pena leer, porque no decepcionan. El artículo “Building better batteries“, Armand & Tarascon, Nature 451, 652-657 (7 February 2008), no es la excepción que confirma la regla.

Todas las baterías están compuestas por dos electrodos conectados por un electrolito (un material conductor de iones) que tienen diferentes potenciales químicos de forma que los electrones fluyen espontáneamente del electrodo de potencial más negativo al de más positivo cuando se conectan a un circuito externo. El electrolito permite el transporte de iones que equilibran el desequilibrio de carga por el transporte de electrones. En las baterías recargables, la aplicación de un voltaje suficientemente alto en la dirección opuesta logra que la batería se rearga (se restituyen los iones transportados).

Maximizar la cantidad de energía almacenada en la batería requiere (1) una gran diferencia de potencial químico entre los electrodos, (2) minimizar el volumen de reactivos por electrón intercambiado, y (3) garantizar que el electrolito no se consume en la batería. Esta tercera propiedad es la gran ventaja de las baterías de las baterías de ión-litio (Sony, 1991) de nuestros teléfonos móviles.

El uso de las baterías ión-litio en automóviles eléctricos, hay unos 800 millones de coches en el mundo, por ejemplo, con baterías típicas de ión-litio de 15-kWh consumiría el 30% de las reservas mundiales conocidas de litio. Sin embargo, el océano contiene cantidades “casi” ilimitadas de litio que hoy en día no se pueden explotar de forma barata. Por supuesto, estos números se minimizan con una buena política de reciclado. Además, las baterías de ión-litio no son todo lo “ecológicas” que nos gustaría, producen unos 70 kg de CO2 por kWh.

Aún así, si queremos que el futuro de la automoción esté en vehículos eléctricos, es necesario desarrollar nuevas tecnologías de baterías. Las baterías nanotecnológicas y baterías biológicas son la gran esperanza. Entre las primeras, destaca el artículo “High-performance lithium battery anodes using silicon nanowires,” Chan et al., Nature Nanotechnology 3, pp. 31 – 35 (2008), escrito por investigadores del grupo del Dr. Cui (Universidad de Stanford, EEUU). El silicio es un material ideal como ánodo en baterías de litio ya que tiene un potencial químico de descarga muy bajo y la capacidad de carga (calculada teóricamente) más alta conocida (ideal para automoción eléctrica y para almacenar energía eléctrica utilizando paneles solares). Pero tiene un problema.

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El ánodo de silicio tiene que absorber iones de litio cargados positivamente durante la carga y devolverlos durante el uso, pero en este proceso su volumen varía muchísimo (hasta un 400%). Por ello, la cantidad de litio que puede almacenar el ánodo de silicio es más pequeña de lo deseable. Para superar esta barrera el Dr. Cui proponen el uso de un “bosque” de nanohilos de silicio (cuyo diámetro es mil veces más pequeño que el grosor de una hoja de papel) sobre un sustrato de acero, un excelento conductor, que permiten almacenar muchos más iones de litio (se hinflan hasta alcanzar 4 veces su tamaño descargados) y permite producir hasta 10 veces más electricidad que una batería ión-litio convencional (ya que el ánodo alcanza el 75% de la capacidad de descarga máxima teórica). Los investigadores creen que esta tecnología se podrá comercializar próximamente.

Los americanos ven la “veta comercial” rápidamente y el Dr. Cui ya está pensando en crear una empresa para colaborar con los fabricantes de baterías. Afortunadamente, la teoría de crecimiento de nanohilos de silicio está bastante avanzada.

Hagamos un poco de futurología. ¿Qué pueden suponer estas baterías “a pie de calle”? Un portátil típico podrá funcionar 40 horas seguidas. Los coches eléctricos podrán recorrer cientos de kilómetros sin necesidad de recarga.

Por supuesto, hay un problema todavía no resuelto: conseguir mejores cátodos (actualmente la gran esperanza de muchos grupos de investigación por todo el mundo).

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La teoría de la selección natural ha conservado mecanismos por los cuales mujeres sometidas a un ambiente hostil abortan con más facilidad los fetos de machos frágiles (los que en la edad adulta tienen un menor número de hijos). La teoría es muy antigua, “Natural selection of parental ability to vary the sex ratio of offspring“, Trivers & Willard, Science 1973, quienes estudiaron el número de nietos de una población de madres (abuelas) y demostraron que conforme las condiciones ambientales que afentan a la madre empeoran, la mujer tiende a alumbrar menos varones que hembras, lo que no ocurre cuando las condiciones son buenas, en las que prácticamente nacen el mismo número de varones y hembras.

La teoría ha sido verificada por muchos estudios posteriores, pero un artículo reciente lleva aún más lejos, el cambio climático también afecta. Los autores de “Ambient temperature predicts sex ratios and male longevity“, Catalano, Bruckner, and Smith, Proc. Natl. Acad. Sci. USA, 2008, defienden que el cambio climático también afecta al cociente entre el número de varones y hembras que nacen, así como a la longevidad de los varones. El análisis lo han hecho con daneses, finanlandeses, noruegos y suecos nacidos entre 1878 y 1914. Usando un análisis de series temporales han encontrado que ambientes con temperaturas frías durante el embarazo predicen el nacimiento de un menor número de niños (varones) y una mayor duración de la vida de los hombres.

Pero nuestra mayor longevidad también puede afectar al cambio climático. En el artículo “Population aging and future carbon emissions in the United States“, Dalton et al., Energy Economics, 2008, se estima el efecto potencial del envejecimiento de la población en el consumo de energía y en las emisiones de dióxido carbónico (CO2) en EEUU. En un ambiente en el que la población decrezca, el envejecimiento de la población decrece las emisiones, pero si no es así, éstas se incrementan, y en el modelo muy simplificado de los autores, llega a superar los efectos de los cambios tecnológicos. Los autores sugieren que se necesitan más estudios, pero en cualquier caso el factor envejecimiento ha de ser tenido en cuenta en los modelos de predicción de los efectos futuros del tan “tarareado” cambio climático.

Hablando del envejecimiento de la población, se acaba de publicar el artículo “A systematic look at an old problem“, Kirkwood, Nature 2008, en el que se recuerda que, aunque los demógrafos llevan tiempo afirmando que el crecimiento sostenido de nuestra esperanza de vida tiene que parar algún día, hasta ahora este incremento sostenido no parece tener fin. No sólo está creciendo en el tercer mundo sino también en los países desarrollados más avanzados (según la OCDE) y en ellos está creciendo a un ritmo mayor que en los primeros, sorprendentemente. ¿Cuándo acabará este proceso? Nadie lo sabe. ¿Por qué envejecemos? Las teorías más actuales nos dicen que la acumulación de daños moleculares durante toda la vida es lo que nos lleva a ser más frágiles en la “tercera” (o ya “cuarta”) edad, generando desajustes biológicos que pueden llevar a enfermedades y eventualmente al fallecimiento. Estos daños moleculares individuales son esencialmente aleatorios, aunque su tasa de acumulación aumenta con la edad, con lo que los mecanismos de reparación y mantenimiento celular acaban por “no dar a basto”. Esta teoría explica los efectos genéticos (predisposición a ciertos “males”) así como la contribución de los efectos ambientales (como el “consumo” de cancerígenos, como el “tabaco”, o nuestro nivel de vida) en nuestra esperanza de vida.

Sin embargo, los autores de este interesante artículo de revisión se curan en salud y afirman que los avances en años recientes en la comprensión de los misterios del envejecimiento son espectaculares, pero sólo rascan la superficie de este problema extremadamente difícil. Ellos sugieren que sólo los avances en Biología de Sistemas, que permiten una visión holística de los mecanismos celulares podrá permitir una comprensión del mismo. Como preguntó uno de los asistentes a la conferencia “Biología molecular y bioinformática: dos ciencias destinadas a entenderse” impartada por Francisca Sánchez-Jiménez, catedrática de la Universidad de Málaga, en el marco de los “V Encuentros con la Ciencia” ; (como preguntó uno de los asistentes) más o menos explícitamente, mi memoria ya me falla, “con todos estos avances (biología de sistemas, medicina genéticamente dirigida, …), ¿aumentará la esperanza de vida hasta hacernos eternos? ¿Qué pasará cuando todos vivamos 200 años?”. La pregunta no estaba relacionada con el tema de la conferencia y Kika la “toreó convenientemente”. Pero, quizás haya que pensar un poco sobre el tema ya que para 2040 se espera que nuestra esperanza de vida sean 100 años, ¿qué harás cuando llegues a los 100?

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Los agujeros se “tragan” todo a su alrededor no es correcto. Sólo se “tragan” lo que alcanza en su trayectoria a la frontera de la superficie (atrapada) del agujero negro. Por ello, es posible estudiar la dispersión (scattering) de ondas (electromagnéticas, de campos escalares o gravitatorias) que inciden sobre un agujero negro. Esta dispersión conduce a fenómenos muy parecidos a los del arco iris y de las glorias. Por supuesto, estos fenómenos no se pueden observar en agujeros negros astrofísicos aunque si los miniagujeros negros son observados en el LHC (Cern) entonces podrán ser observados y estudiados en ellos.

En los artículos “Scattering of scalar waves from a Schwarzschild black hole“, Norma G. Sánchez, J. Math. Phys. vol. 17, pp. 688 (1976), y “Wave scattering theory and the absorption problem for a black hole”, Norma Sánchez, Phys. Rev. D 16, 937 – 945 (1977), se estudia la dispersión de ondas (escalares, que es el caso más sencillo) en un agujero negro de Schwarzschild (que no rota y que no posee carga eléctrica) para longitudes de onda mucho menores que el radio de Schwarzschild del agujero negro. Aunque las fórmulas analíticas resultantes no se pueden evaluar en el caso general, su evaluación para ciertos casos límite de forma asintótica es presentada. Resultados numéricos se pueden encontrar en el artículo “Orbiting cross sections: Application to black hole scattering“, Anninos et al., Phys. Rev. D 46, 4477 – 4494 (1992), en el que se considera la ondas que dan vueltas en espiral alrededor del agujero (orbiting cross sections or spiraling scattering). Los autores confirman los resultados analíticos anteriores.

Lo más interesante de todos estos artículos es la presencia de glorias (como las de los santos) debidas a la retrodispersión (backward glory scattering). Estas glorias son robustas y aparecen también para agujeros negros en rotación, “Scattering of scalar waves by rotating black holes“, Glampedakis et al., Class. Quantum Grav. vol. 18 1939-1966, 2001.

¡ Qué bonito sería ver la gloria de un agujero negro ! ¡ Qué maravilla si fuera una gloria de ondas gravitatorias ! Para agujeros negros astrofísicos es prácticamente imposible. Aunque no se puede descartar que los avances en la tecnología actual permitan eventualmente estudiar sus efectos de interferencia en lentes gravitatorias.

Sin embargo, como afirman Glampedakis et al., alcanzar una comprensión teórica detallada de la dispersión de ondas en agujeros negros puede mejorar significativamente nuestro conocimiento de la física de los agujeros negros así como la propagación de ondas en espacio-tiempos curvados.

Muchos “famosillos” de prensa rosa televisiva tienen una vida efímera en los medios. ¿Quién se acordará de Belén Esteban, de “cachuli” o del niño de la Pantoja dentro de 50 años? ¿Quién se acuerda de Tórtola Valencia, La Fornarina, o La Chelito (grandes cupletistas de la segunda mitad del s. XIX)? Benavente y Baroja (a quienes seguramente sí recordarás), tan seducidos por ellas como el resto de los españolitos de a pié, les escribieron poemas proclamando “sus virtudes”.

El género del denominado “corazón”, o prensa rosa, se introdujo en España en 1944 con la revista “Hola” (nació el 2 de septiembre), seguida en 1950 por “Diez Minutos”. La idea venía de Gran Bretaña y el contenido estaba orientado a la información centrada en personajes “famosos” y noticias de interés “humano”, sobre todo la que provenía del legendario Hollywood. En la década de los cuarenta la gran mayoría de las páginas las ocupaban actrices de gran talento y encanto, mientras que en los cincuenta lo interesante eran las bodas reales europeas. Estas revistas se caracterizaban por el trato que se les daba a los personajes, con todo el respeto del mundo y con preguntas más que correctas, aunque a veces se repetían bastante los personajes. ¡ Cómo han cambiado los tiempos !

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Hay personajes que son populares, pero no tienen prestigio, y al contrario. Corín Tellado es la autora más vendida en lengua castellana (Libro Guinness, 1994), sin embargo, carece del respeto de los críticos literarios. Doris Lessing (Nobel de Literatura, 2007) puede ser muy respetada entre los críticos literarios pero ser una desconocida para la mayoría de nosotros. La calificación de una obra como “obra de arte” requiere que tenga lectores que la consideren como tal, y mientras más lectores “eruditos” y críticas favorables tenga, más prestigio tendrá su autor.

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Estos ejemplos muestran la existencia de dos factores que contribuyen al estatus de, por ejemplo, un investigador: el número total de citas que reciben sus artículos de otros investigadores, y el prestigio de los investigadores que lo citan. El primer concepto se denomina popularidad (fama) y el segundo prestigio. Ambos conceptos se pueden aplicar a la hora de clasificar revistas de investigación. Por ejemplo, un revista que publica artículos de revisión puede ser frecuentemente citada por investigadores jóvenes, pero ignorada por los expertos. El índice de impacto de una revista, el número de citas a artículos publicados en la revista en los dos últimos años, no tiene en cuenta el factor del prestigio, como estudian Johan Bollen, Marko A. Rodriguez, t Herbert Van de Sompel, “Journal Status,” Scientometrics, vol. 69, pp. 669-687, 2006. Los autores introducen una variante ponderada del algoritmo PageRank de Google como medida del prestigio de una revista de investigación (llamada factor-Y)

El mayor índice de impacto de una revista publicada en el JCR de 2003 es para “Annual Review of Immunology” (>52), seguido de “Annual Review of Biochemistry” (>37) y “Physiological Reviews” (>36). Estas revistas, altamente citadas, no pueden ser consideradas las de mayor prestigio (entre quienes leen este blog quién ha leído algún artículo de alguna de ellas, o a visto que alguna de ellas haya sido citada en El País o El Mundo). Sin embargo, el índice de prestigio es otra historia. La revista en 2003 con mayor prestigio es “Nature” (>51), seguida por “Science” (>48) y “New England Journal of Medicine” (>19). Revistas como Nature y Science, altamente referenciadas en la prensa nacional, son obviamente las de más prestigio en la actualidad.

La lectura del artículo “Journal Status” merece la pena. La recomiendo. Pero me ha hecho preguntarme, ¿para cuándo se aplicarán este tipo de índices a los “famosillos” de la prensa rosa o a los “grandes intelectuales” de nuestro país?

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(c) TIME.

Mientras dormimos nuestros cuerpos se mueven “poco” pero nuestro cerebro funciona a toda máquina (tanto como cuando estamos despiertos). Las ondas de baja amplitud y alta frecuencia que caracterizan a nuestro neocortex cuando estamos despiertos, son reemplazadas por ondas de gran amplitud y baja frecuencia mientras dormimos (ondas que están caracterizadas por episodios de movimiento rápido de los ojos o REM).

¿Para qué usa el cerebro toda gran actividad durante el sueño? Sir Francis Crick, codescubridor de la estructura en doble hélice del DNA, fallecido en 2004, desarrolló en 1983 una teoría (ideas) sobre ¿por qué tenemos que dormir un tercio del tiempo de nuestras vidas? en su artículo “The function of dream sleep“, Francis Crick & Graeme Mitchison, Nature 304, 111-114 (1983), que parece que es una de las hipótesis más razonables en la actualidad (25 años más tarde).

Crick y Mitchinson sugieren que el sueño “profundo” (las fases REM, rapid-eye movement) tienen como función eliminar ciertos modos de interacción no deseados entre redes de neuronas en la corteza cerebral mediante un proceso de aprendizaje similar al usado en redes de neuronas artificiales. De esta forma proponen que el procesos subsconcientes se ven debilitados, en lugar de reforzados, como le gustaría a Freud y compañía, durante los sueños. Durante el sueño “recordamos” de toda la actividad diaria, analizamos y clasificamos dicha información y la almacenamos (o aprendemos) de forma selectiva. En redes de neuronas artificiales se utiliza una fase de aprendizaje utilizando la regla de Hebb para reflejar esta “fase de sueño”. De esta manera el sueño ayuda a “recordar” lo vivido.

dibujo03feb2008sleepbrain.jpgEsta teoría tiene la ventaja de que puede ser verificada con “experimentos” computacionales, usando redes de neuronas artificiales, mucho más fáciles que los experimentos con cerebros “de verdad”, por ahora. El artículo de revisión “Why do we sleep?“, Sejnowski & Destexhe, Brain Research, vol. 886, pp. 208-223, 2000, presenta estas ideas en su versión más moderna y las contextualiza con otras ideas alternativas. El artículo de revisión “SLEEP, MEMORY, AND PLASTICITY“, Walker & Stickgold, Annual Review of Psychology, vol. 57, pp. 139-166, 2006, merece ser leído en relación a los procesos de memorización durante el sueño, la codificación de la memoria, la consolidación de la memoria, la plasticidad cerebral, y la re-consolidación de la memoria. Estos procesos conllevan ajustes biológicos que mejoran tanto la eficiencia como la utilidad de las memorias almacenadas en relación a las respuestas del organismo a entornos cambiantes.

¿A colación de qué viene todo esto? Acabo de leer un artículo muy interesante sobre simulaciones computacionales del cerebro que parece ratificar las ideas de Crick y Mitchinson, “Temporal differentiation and the optimization of system output“, E. Tannenbaum, Phys. Rev. E (preprint to be published), 8 January 2008. El autor introduce el nuevo concepto de diferenciación temporal, la división de una tarea en un conjunto de subtareas que han de desarrollarse en diferentes momentos, con una secuencia temporal concreta. La idea es “bonita”, si el cerebro se concentra en mejorar cada una de las subtareas por separado logrará mejorar la tarea global y desarrollarla más eficientemente. El autor demuestra sus ideas con dos modelos dinámicos muy sencillos. El primero, como rellenar un tanque, y el segundo, como fabricar un producto que requiere tres agentes (fases), observando en ambos casos que el aprendizaje de la red neural se ve mejorado si fases de diferenciación temporal con una escala de tiempo lenta se producen en medio del proceso de aprendizaje mismo.

El autor concluye que su modelo presenta ideas sobre las bases evolutivas de la emergencia de los fenómeno del sueño, con sus estados REM y no REM, y de los ritmos circadianos (diarios) en general. Siguiendo las ideas de Crick y Mitchinson, la máxima cantidad de información y el máximo número de tareas que se pueden procesar en un sistema biológico complejo se consiguen si se desarrolla un “plan de trabajo” diferenciado en el tiempo. El sistema es más eficiente si se centra en una tarea en cada momento, en lugar de tratar de realizar un proceso multitarea (con lo que el cerebro es más parecido a una fábrica que a un sistema cuántico holístico). De esta forma, durante el día (vigilia) recogemos información y durante la noche (sueño) la almacenamos selectivamente (Why Sleep?). Aunque las ideas del autor son discutibles (y serán muy discutidas en los próximos meses), ofrecen una nueva idea en un campo en el que ya hay mucho hecho, pero también queda mucho por hacer.

Lo que está claro es el que el sueño es fundamental en los humanos (y en la mayoría de los vertebrados) y es fundamental para nuestra salud. Nos ayuda a “funcionar” mejor durante el día. Así que, sin abusar, ¡¡ a dormir se ha dicho !!

PS (22 feb. 2010): Os gustará el artículo de Mónica Salomone, “Dormir para ‘vaciar’ el hipocampo … y seguir aprendiendo,” El País, 22 feb. 2010 [visto en Menéame]. Os copio algunos extractos.

“Una noche en vela reduce la capacidad de asimilar conocimientos en casi un 40%”, explica el científico Matthew Walker

El sueño es necesario para aprender. El trabajo de Matthew Walker, de la Universidad de California en Berkeley, refuerza la teoría de que el sueño limpia la memoria a corto plazo y deja sitio libre para más información. Los recuerdos de los hechos del día se almacenarían temporalmente en el hipocampo -área identificada hace tiempo como importante en la memoria- para después ser enviados a la corteza prefrontal, que dispone, probablemente, de más capacidad. “Es como si el buzón de correo entrante del hipocampo se llenara, y simplemente no van a entrar mensajes nuevos hasta que se vacíe”, dice Walker. “Los recuerdos rebotarán hasta que duermas y los muevas a otra carpeta”. La limpieza del buzón del hipocampo tiene lugar sobre todo durante una fase del sueño llamada fase 2 del sueño no-REM. La mitad del tiempo de sueño transcurre en esta fase, explicó Walker, y “no podía creer que la naturaleza dedicara tanto tiempo a algo sin motivo”.

El proceso está íntimamente relacionado con el aprendizaje. En uno de sus experimentos más recientes, Walker hizo que 39 jóvenes aprendieran una tarea específica durante un tiempo determinado, a mediodía. Todos tuvieron resultados similares. Pero a las dos de la tarde la mitad de ellos durmió una siesta y la otra mitad no, y de nuevo a las seis se dedicaron a aprender. Esta vez los que no habían dormido tuvieron resultados peores, mientras que los de la siesta mejoraron.

Así que Walker repite un consejo que no sonará nuevo a los estudiantes: pasar la noche despierto estudiando antes del examen no es en absoluto una buena idea. “Una noche sin dormir reduce la capacidad de asimilar conocimientos en casi un 40%”; las regiones cerebrales implicadas “se cierran” durante la falta de sueño.

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La lectura de la entrada sobre Landau en “El Blog de la Diversidad“, me llevó a la página “Biografía de Landau“, y de esta a otra y otra… Pero decidí que en lugar de perder más el tiempo, tenía que releer el artículo “El expediente policial de Lev Landau”, Gennady Gorelik, Investigación y Ciencia, Octubre 1997 (la tengo en papel). Buscando a Gorelik acabé con el artículo “Lev Landau, Prosocialist Prisoner of the Soviet State“, Gennady Gorelik (Physics Today, May 1995, p. 11-15), sobre el mismo tema. Permitidme unos comentarios al respecto. Pero antes, os indico que la foto de arriba es de El Archivo Visual (Fotográfico) de Emilio Segré (descubridor del antiprotón). Vemos a Landau jugando al tenis (hay otra foto similar) o recostado en su diván trabajando en sus artículos (esta postura a mí también me gusta para trabajar).

Landau fue arrestado en abril de 1938 (durante el régimen soviético de Stalin) por ser anti-Stalinista y pro-socialista (es decir, rojo entre los rojos). El año “rojo” (sangriento o de la Gran Purga) de la Rusia de Stalin, 1937, en realidad entre 1936 y 1938, el número de arrestos por motivos “políticos” fue todo un genocidio. Stalin quiso eliminar a toda posible oposición política.

¿Por qué consideraban a Landau un opositor al régimen? En el “juicio” la prueba fundamental fue un artículo en un periódico (carta/manifiesto anti-Stalin) supuestamente firmado por L.D. Landau. No me resisto a traducir algunos extractos:

“¡Camaradas! La gran causa de la Revolución de Octubre ha sido traicionada. El país está inundado de sangre y “mierda” por doquier. Millones de inocentes están en las cárceles y nadie sabe cuándo le tocará el turno […] ¡¿No se dan cuenta, camaradas, que la camarilla de Stalin ha realizado un golpe fascista ?! […] Para retener el poder Stalin está destruyendo nuestro país […] El proletariado de nuestro país, que derrocó a los zares y a los capitalistas, será capaz de derrocar a un dictador fascista y a su camarilla. […] ¡Viva el Día de Mayo, día de la lucha por el socialismo!”

¡ Increíble ! El autor se está auto-sentenciando a muerte en la Rusia de 1938. ¿Pudo Landau, con 30 años y ya un científico de gran reconocimiento en la ciencia soviética, escribirlo? Muchos de sus amigos lo dudan. Pero la estancia de un año en la cárcel de Lubyanka supuso para su producción científica toda una “transición de fase”.

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Foto de Landau en la cárcel (1938) de los Archivos de la KGB.

Los archivos de la KGB (llamada NKVD en 1938) sobre Landau fueron publicados gracias a la “glásnost” de Gorbachov. Los archivos de los interrogatorios difícilmente aportan algo (parecen la invención de unos inquisidores), sin embargo, el testimonio escrito a mano por el propio Landau durante su estancia en la cárcel (cartas encautadas por la censura del régimen) testimonia bastante bien las ideas que pudieron llevar a la escritura de la carta/manifiesto. Traduzco ciertos extractos: “A principios de 1937, llegamos a la conclusión que el Partido había degenerado y que el régimen Soviético ya no estaba actuando en el interés de los trabajadores, sino para los intereses de un pequeño grupo de dirigentes.” [… También llegamos a la conclusión de] que los intereses de nuestro País demandaban la derrocación del gobierno existente.”

Por tanto, el manifiesto anti-Stalin mostraba una clara ideología socialista que podemos calificar de leninista. Parece que Landau era un leninista en la tierra de Stalin. Un rojo entre rojos.

Pero no quiero que recordéis a Landau por su foto en la cárcel, prefiero verlo junto a sus padres, feliz en el hombro de su madre.

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