He participado en el episodio «LOS DIEZ DESCUBRIMIENTOS CIENTÍFICO TECNOLÓGICOS MAS TRASCENDENTALES DEL 2023. Francis Villatoro», 10 ene 2024 [iVoox], del programa de radio Luciérnagas, @Luciernagas_20, presentado por Dante Cáceres. Como en los últimos años colaboro comentando las noticias científicas del año que acaba de finalizar; Dante ha seleccionado dichas noticias. Te recuerdo que este podcast de divulgación científica se emite todos los martes a las 22:40 horas (hora de Madrid) en el canal de Radio Santa María de Toledo, de la Radiotelevisión Diocesana. Se repite la emisión los miércoles a las 03:00 horas y los domingos a las 24:00 horas.

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NANOGrav ha observado ondas gravitacionales de baja frecuencia (nanohercios) con una significación entre 3 y 4 sigmas. La gravitación newtoniana es debida a la curvatura del tiempo en la gravitación einsteiniana; por ello se pueden observar ondas gravitacionales con relojes de precisión. Los púlsares se comportan como relojes cósmicos; en 1983, Ronald W. Hellings y George S. Downs propusieron su uso para detectar el fondo estocástico de ondas gravitacionales (SGWB) en el rango de frecuencias de los nanohercios (nHz); recuerda que LIGO observa en el rango entre 30 y 2000 Hz. Los púlsares más estables son los de milisegundos, base del método de la matriz de temporización de púlsares (PTA, por Pulsar Timing Array). El jueves 29 de junio de 2023 se publicaron 18 artículos que usan esta técnica, 8 de NANOGrav, 6 del European PTA, 3 de Parkes PTA y 1 de Chinese PTA (Indian PTA publicó en 2022).

Entre todos estos nuevos resultados destacan los de la colaboración NANOGrav, que publica su análisis tras 15 años de toma de datos con 67 púlsares (estrellas de neutrones que giran muy rápido sobre su eje, emitiendo en cada giro un ‘pulso’ de radio; estos púlsares actúan como faros). Se observan indicios (evidences en inglés) de la curva de Hellings-Downs, con 3 sigmas según un análisis bayesiano, y entre 3.5 y 4 sigmas con análisis frecuentistas. No se puede afirmar que se haya detectado el SGWB, lo que requiere 5 sigmas; tampoco estamos cerca de un Premio Nobel, que exige más de 5 sigmas en dos observatorios diferentes. A pesar de ello se trata de un gran logro de la colaboración NANOGrav (North American Nanohertz Observatory for Gravitational Waves). El IPTA (International Pulsar Timing Array) pretende combinar los datos de NANOGrav, EPTA, InPTA y PPTA para analizar de forma conjunta unos 80 púlsares. Habrá que estar al tanto de la futura publicación de sus resultados (aunque creo que no superará las ansiadas 5 sigmas).

La técnica PTA (de la matriz de temporización de púlsares) estudia las correlaciones en los tiempos de llegada (TOA, time of arrival) de las señales de pares de púlsares de milisegundos. En estas correlaciones estadísticas se esconde una señal de la presencia de un fondo de ondas gravitacionales con una frecuencia en la escala de los nanohercios. Muchas fuentes astrofísicas y cosmológicas pueden contribuir a este fondo de ondas gravitacionales. La más relevante son los sistemas binarios de agujeros negros supermasivos (SMBHs) con unas mil millones de masas solares (que rotan en espiral generando ondas gravitacionales durante la fusión de los núcleos de sus galaxias). En dicho caso, el espectro seguirá una ley de potencias con exponente γ = 13/3 ≅ 4.33; por desgracia, los datos tras 15 años de NANOGrav no permiten confirmar dicho exponente, estimándose γ = 3.2 ± 0.6. Esto no significa que se hayan observado otras fuentes (como la inflación cósmica, cuerdas cósmicas o materia oscura ultraligera), pues los datos solo muestran indicios aún más débiles de su posible contribución. Más información sobre esta noticia en este blog «NANOGrav observa indicios entre tres y cuatro sigmas del fondo estocástico de ondas gravitacionales», LCMF, 01 jul 2023.

Se publicó el 1 de mayo de 2023 en la revista Nature Neuroscience un decodificador cerebral que traduce a texto escrito el pensamiento humano. Se reconstruye a partir de representaciones semánticas corticales registradas mediante imágenes por resonancia magnética funcional (fMRI). Se usa una inteligencia artificial que aprende a partir de una serie de grabaciones cerebrales (de habla percibida, de habla imaginada y de vídeos mudos); luego es capaz de reconstruir el pensamiento en forma de texto con frases con sentido. El decodificador se puede usar en cualquier parte de la corteza cerebral, no solo de las regiones asociadas al lenguaje. Las interfaces cerebro-computadora deben respetar la privacidad mental; el nuevo método requiere la cooperación del sujeto tanto para entrenar como para aplicar el decodificador. Nuestros hallazgos demuestran la viabilidad de las interfaces de lenguaje cerebro-computadora no invasivos.

El gran obstáculo es la baja resolución temporal de la resonancia magnética funcional (aunque tiene una excelente especificidad espacial). La razón es que la señal depende del nivel de oxígeno en sangre (BOLD) cuya actividad sube y baja durante unos 10 segundos tras un impulso. En el inglés hablado se pronuncian más de dos palabras por segundo, luego cada imagen fMRI está afectada por más de 20 palabras. Por ello es un problema inverso mal condicionado con muchas más palabras para decodificar que imágenes cerebrales. La solución es recurrir a una inteligencia artificial para que genere (se invente) las palabras más probables que completan el discurso que se intuye a partir de las imágenes. El entrenamiento requiere que el sujeto relate historias narrativas durante unas 16 horas; la inteligencia artificial aprende a asociar las imágenes con estos relatos. Pero la clave en la lectura del pensamiento es usar un modelo de lenguaje basado en una red neuronal generativa capaz de predecir las palabras que faltan en un texto con buena precisión.

El decodificador del lenguaje usa características semánticas en lugar de características motoras o auditivas. Los resultados se obtuvieron para tres sujetos. En algunos casos se reconstruyeron palabras y frases exactas usando la señal BOLD. El rendimiento de decodificación de historias fue significativamente mayor de lo esperado por casualidad en cada métrica. Además, la misma información podría decodificarse por separado desde múltiples regiones individuales; hay semejanzas entre regiones y hemisferios significativamente mayores de lo esperado por casualidad. Esto sugiere que diferentes regiones corticales codifican representaciones lingüísticas redundantes a nivel de palabras. Esto es útil para las futuras interfaces cerebro-computadora que podrían funcionar con sujetos que tengan regiones dañadas usando otras regiones intactas o más accesibles. Decodificación de voz imaginada. Se identificó la historia que el sujeto estaba imaginando; las predicciones fueron significativamente más similares a las transcripciones de lo esperado por casualidad. El análisis cualitativo muestra que el decodificador puede recuperar el significado de los estímulos imaginados. Una limitación de la fMRI es que los escáneres actuales son demasiado grandes y costosos para la mayoría de las aplicaciones prácticas de decodificación. Las técnicas portátiles como la espectroscopia funcional de infrarrojo cercano (fNIRS) miden la misma actividad hemodinámica que la fMRI, aunque con una resolución espacial más baja. Los primeros estudios parecen indicar que pueden usarse (aunque con una tasa de error del 50 %).

Los estímulos percibidos e imaginados se puede decodificar a partir de la señal BOLD en un lenguaje continuo, lo que marca un paso importante para las interfaces cerebro-computadora no invasivas. La señal BOLD contiene información de la granularidad de palabras y frases individuales. El uso de métodos de registro complementarios como la electroencefalografía (EEG) o la magnetoencefalografía (MEG), podrían mejorar los resultados. El análisis de privacidad sugiere que actualmente se requiere la cooperación del sujeto tanto para entrenar como para aplicar el decodificador. Sin embargo, desarrollos futuros podrían permitir que los decodificadores eludan estos requisitos. Además, incluso si las predicciones del decodificador son inexactas sin la cooperación del sujeto, podrían malinterpretarse intencionalmente con fines maliciosos. Por estas y otras razones imprevistas, es fundamental crear conciencia sobre los riesgos de la tecnología de decodificación cerebral y promulgar políticas que protejan la privacidad mental de cada persona.

El artículo es Jerry Tang, Amanda LeBel, …, Alexander G. Huth, «Semantic reconstruction of continuous language from non-invasive brain recordings,» Nature Neuroscience 26: 858-866 (01 May 2023), doi: https://doi.org/10.1038/s41593-023-01304-9; más información divulgativa en Jake Rogers, «Non-invasive continuous language decoding,» Nature Reviews Neuroscience 24: 393 (30 May 2023), doi: https://doi.org/10.1038/s41583-023-00713-w.

El 29 de noviembre de 2023 se publicó en Nature que TESS había descubierto un sistema planetario con seis planetas que orbitan en resonancia. El español Rafael Duque (Univ. Chicago) es el primer autor de este estudio de la estrella (HD110067) a unos 100 años luz de la Tierra, una estrella brillante de tipo K0 en la constelación de Coma Berenices (al oeste de Leo) con una masa y un radio del 80 % del Sol. Se usó TESS (Transiting Exoplanet Survey Satellite, o Satélite de Sondeo de Exoplanetas que Transitan) de la NASA entre los años 2020 y 2022, junto con CHEOPS (Targeted observations with the CHaracterising ExOPlanets Satellite, o Satélite para la Caracterización de Exoplanetas) de la Agencia Espacial Europea (ESA). Las órbitas de estos seis planetas es tan curiosa como extraordinaria. El más cercano a la estrella tarda nueve días en completar una órbita; cada vez que completa tres, el siguiente hace dos órbitas (resonancia 3:2). Este mismo patrón se repite entre los cuatro primeros exoplanetas. En cambio, los dos más alejados de HD110067 efectúan cuatro órbitas completas por cada tres del anterior (resonancia 4:3).

Los seis planetas son ‘subNeptunos’ con un tamaño entre dos y tres veces mayor que la Tierra (1,94 R ⊕ hasta 2,85 R ⊕), tres de ellos con grandes atmósferas de hidrógeno. Primer planeta: una órbita completa en 9 días. Segundo planeta: una órbita completa en 13,5 días (resonancia 3:2). Tercer planeta: una órbita completa en 20,25 días (resonancia 3:2). Cuarto planeta: una órbita completa en 30,375 días (resonancia 3:2). Quinto planeta: una órbita completa en 40,5 días (resonancia 4:3). Sexto planeta: una órbita completa en 54 días (resonancia 4:3). Este tipo de sincronización es muy rara (aunque algo similar se observa en tres lunas de Júpiter). En todos los sistemas solares que han conseguido observarse a través de telescopios espaciales y terrestres, menos del 1 % albergan dos planetas en resonancia.

La única explicación es que este sistema planetario ha sido muy estable durante miles de millones de años. Sin eventos violentos, ni migraciones planetarias. Podría ser un «fósil» del resultado de la formación del disco protoplanetario. El artículo es R. Luque, H. P. Osborn, …, T. Zingales, «A resonant sextuplet of sub-Neptunes transiting the bright star HD 110067,» Nature 623: 932-937 (29 Nov 2023), doi: https://doi.org/10.1038/s41586-023-06692-3.

Se publicó en Science el 26 de octubre de 2023 que las chimpancés salvajes también pasan parte de su vida con menopausia. «Hay pruebas demográficas y hormonales de que las hembras de la comunidad Ngogo de chimpancés salvajes del Parque Nacional de Kibale, en Uganda, viven alrededor del 20 % (en término medio) de su existencia en estado posreproductivo. Hasta ahora solo los humanos y algunas especies de mamíferos marinos (como algunas ballenas) viven muchos años de vida después de perder la capacidad reproductora. En estas especies las hembras posreproductivas colaboran en el cuidado maternal de las crías de otras hembras (por ejemplo, en las orcas). Se pensaba que esto no ocurría en primates no humanos, pero se ha observado en un grupo de hembras de chimpancé (Pan troglodytes schweinfurthii) que viven en Uganda. En medios se ha afirmado que muestran signos de menopausia, aunque solo se sabe que sobreviven mucho después de haber perdido la capacidad de tener crías.

Lo más curioso es que no se ha observado este periodo posreproductivo en otros grupos de chimpancés. Como en la mayoría de los mamíferos, parecen tener una representación posreproductiva (PrR) cercana a cero (lo que significa una breve supervivencia tras el cese de la función ovárica). En esta población en Uganda la fertilidad declina después de los 30 años y no se observaron nacimientos de madres de más de 50 años. Se analizaron 560 muestras de orina de 66 chimpancés hembras cuyas edades oscilaban entre los 14 y los 67 años. Esas muestras de orina de hembras que diferían en estado reproductivo y edad demuestran que la transición a este estado posreproductivo estaba marcada por cambios en hormonas como gonadotrofinas, estrógenos y progestinas.

No se sabe por qué ocurre este fenómeno en la población de chimpancés de Ngogo. Además, no hay constancia de que estas hembras posreproductoras se dediquen a criar los hijos de otras hembras (sean sus hijas o sus nietas; de hechoe, las jóvenes adultas emigran para vivir fuera de su grupo natal). Esto significa que no se aplica la ‘hipótesis de la abuela’ a estas chimpancés ugandesas. Una hipótesis alternativa es que las condiciones ecológicas en Ngogo, con bajos niveles de depredación, alta disponibilidad de comida y exitosa competencia entre grupos, podrían favorecer una larga vida (de hecho, en la mayoría de los grupos de chimpancés las hembras no suelen superar los 50 años). El artículo es Brian M Wood, Jacob D. Negrey, …, Kevin E. Langergraber, «Demographic and hormonal evidence for menopause in wild chimpanzees,» Science 382 (27 Oct 2023), doi: https://doi.org/10.1126/science.add5473. Más información en Analía Iglesias, «Las chimpancés salvajes también pasan parte de su vida con menopausia», Agencia SINC, 26 oct 2023.

Se ha publicado el pangenoma de 47 individuos. «El pangenoma es un conjunto de genomas humanos representativos de la complejidad y variedad de genomas humanos existentes. Todos los seres humanos nos parecemos al 99.9 %. Una diferencia de un 0.1 % son millones de letras en los 3200 millones de pares de letras del genoma humano (de nuestro padre y otro tanto de nuestra madre). Luego el 0.1 % son 6.4 millones de pares de letras (en realidad son entre 3 y 6 millones de letras las que hay de diferencia entre cada ser humano). Nuestros genomas también se diferencian en fragmentos cromosómicos que están a veces duplicados, una o múltiples veces, o invertidos, o las dos cosas; o incluso en inserciones de fragmentos de ADN de tamaño variable, o en deleciones, pequeños o grandes segmentos cromosómicos que faltan en alguna persona, mientras que sí están presentes en otras. Todo esto complica sobremanera el diagnóstico genético de los pacientes, la búsqueda de la causa molecular.

Un genoma de referencia no es suficiente. Se necesita un pangenoma. El consorcio internacional «Human Pangenome Reference Consortium» ha usado los genomas de 47 personas representativas de otros tantos grupos humanos y con el objetivo de aumentar este número hasta 350 en 2024. Los resultados los han publicado en un conjunto de artículos publicados en la revista científica Nature: Wen-Wei Liao, Mobin Asri, …, Benedict Paten, «A draft human pangenome reference,» Nature 617: 312-324 (10 May 2023), doi: https://doi.org/10.1038/s41586-023-05896-x; más información Lluis Montoliu, «¿Por qué necesitábamos un pangenoma humano?» Gen-Ética, 21 may 2023.

Otra noticia destacada por la revista Science es la llegada de los superordenadores en la exaescala a EEUU. Un exaflop es un quintillón (10¹⁸) de operaciones matemáticas en coma flotante por segundo. En concreto, el superordenador Frontier en el Laboratorio Nacional de Oak Ridge, considerado el primer ordenador en la exaescala con usuarios científicos (que han podido verificar de forma independiente su potencia computacional). Sus aplicaciones son múltiples, desde el cambio climático hasta el desarrollo de nuevos materiales. Por cierto, se cree que China dispone de ordenadores en la exaescala desde hace varios años; pero este país no comparte muchos de los detalles de su hardware y como no está disponible para científicos de fuera de China resulta difícil confirmar sus capacidades. Las exploraciones computacionales en la exaescala apenas se han iniciado. Este año se espera que haya otras supercomputadoras en la exoescala en EE.UU., Alemania, Francia y Japón. Más información en Robert F. Service, «The dawn of exascale computing,» Science 382: 1226-1227 (14 Dec 2023),  https://www.science.org/content/article/breakthrough-of-the-year-2023#section_runnersup09.

Otra noticia destacada por Science son los avances en el tratamiento de la enfermedad de Alzheimer mediante terapias de anticuerpos. Los encéfalos de los fallecidos por Alzheimer muestran placas de proteína beta-amiloide (que se acumulan entre las neuronas interfiriendo en las sinapsis) y ovillos neurofibrilares de la proteína tau (que se acumulan en el interior de la neuronas con un efecto similar). La pérdida de neuronas y conexiones sinápticas contribuyen a los síntomas característicos de esta enfermedad, como la pérdida de memoria y el deterioro cognitivo. En enero 2023 se publicó en NEJM que un anticuerpo monoclonal dirigido contra el péptido beta-amiloide llamado lecanemab (Leqembi®), que mostró en un ensayo clínico de 18 meses una ralentización de la pérdida de cognición en un 27 %, en comparación con el placebo (Christopher H. van Dyck, Chad J. Swanson, …, Takeshi Iwatsubo, «Lecanemab in Early Alzheimer’s Disease,» NEJM 388: 9-21 (05 Jan 2023), doi: https://doi.org/10.1056/NEJMoa2212948). Se autorizó este medicamento en EEUU por la vía de urgencia, y más tarde en Japón; en España y en Europa se espera que pueda ser autorizado durante el año 2024.

Durante el verano de 2023 se publicaron en JAMA los resultados de los ensayos de otro tratamiento con anticuerpos, que también ataca al péptido beta-amiloide, llamado donanemab, que ralentizó el deterioro cognitivo hasta en un 35 % frente al placebo en una población diferente de pacientes (TRAILBLAZER-ALZ 2 Investigators, «Donanemab in Early Symptomatic Alzheimer DiseaseThe TRAILBLAZER-ALZ 2 Randomized Clinical Trial,» JAMA 330: 512-527 (17 Jul 2023), doi: https://doi.org/10.1001/jama.2023.13239). Se espera su aprobación en Estados Unidos durante 2024. Ambas terapias se administran por vía intravenosa; tiene un precio de decenas de miles de dólares y se espera que donanemab tenga un precio similar. Ninguno de estos tratamientos es una cura y ambos conllevan efectos secundarios graves, pero ofrecen esperanza a los pacientes y a sus familias. En concreto, el riesgo de inflamación y hemorragia cerebral debido a los tratamientos, que en casos raros han sido fatales. Las personas con una variante genética que predispone al Alzheimer, llamada APOE4, son propensas a sufrir este efecto secundario; también corren un riesgo mayor las personas con Alzheimer que toman medicamentos para prevenir o disolver los coágulos de sangre, incluidos aquellos que sufren un derrame cerebral y reciben potentes destructores de coágulos como tratamiento de emergencia.

La comunidad investigadora del Alzheimer está sopesando los beneficios y los riesgos de estos medicamentos antiamiloides, pero se necesitan más datos y durante más tiempo. La gran pregunta es si la modesta mejora en la desaceleración cognitiva crece con el tiempo de uso de la terapia. También si administrar estos fármacos en una fase temprana a personas con alto riesgo de enfermedad puede retrasar la aparición de los síntomas. Estas dos terapias muestran que combatir las placas amiloides parece un objetivo fructífero, pero por ahora solo estamos en el comienzo. En los próximos años, los científicos esperan descubrir cómo maximizar sus beneficios y encontrar nuevos tratamientos que funcionen aún mejor. Nos lo contó Jennifer Couzin-Frankel, «At last, modest headway against Alzheimer’s. A radial section of a brain MRI on an Alzheimer’s patient,» Science 382: 1226-1227 (14 Dec 2023); https://www.science.org/content/article/breakthrough-of-the-year-2023#section_runnersup05.

Este año se ha publicado en Nature la llegada de la inteligencia artificial al pronóstico del tiempo meteorológico. La idea es predecir como lo hacía el «hombre del tiempo», que miraba los mapas de isobaras, a partir de imágenes pero de parámetros meteorológicos técnicos de difícil interpretación por humanos. Se han usado redes de neuronas artificiales entrenadas con datos históricos de la meteorología global de los últimos 40 años del modelo numérico del Centro Europeo de Pronósticos Meteorológicos a Plazo Medio (ECMWF). Se han logrado predicciones (en realidad son posdicciones) con hasta 10 días de anticipación, lo que supera a los modelos computacionales actuales.

Por ahora se trata de un primer paso. Queda mucho para que la IA tenga aplicación práctica en la predicción meteorológica. Pero la técnica parece muy prometedora. Nos lo cuenta Paul Voosen, «The AI weather forecaster arrives,» Science 382: 1226-1227 (14 Dec 2023); https://www.science.org/content/article/breakthrough-of-the-year-2023#section_runnersup03.

Dante ha seleccionado como noticia del año los (candidatos a) superconductores a temperatura ambiente (a pesar de que no sean ni siquiera superconductores). Por un lado, la apatita de plomo dopada con cobre llamada LK-99 que se volvió viral este verano. Recomiendo leer «La guillotina de Nature ha decapitado la superconductividad de LK-99», LCMF, 17 ago 2023, y «Lo que sabemos que no sabemos de LK-99 (mi charla #NaukasBilbao23)», LCMF, 18 sep 2023. Y por otro lado, el supuesto hidruro superconductor a altas presiones, pero no tan altas, de Ranga Dias. Por desgracia, el artículo ha sido retirado por dudas sobre el procesado de los datos y la imposibilidad de replicación independiente de sus resultados. A principios de 2023 se retiró su artículo de 2020, «Artículo retractado: Posible superconductividad a 294 K y 1 GPa en un hidruro de lutecio dopado con nitrógeno», LCMF, 14 mar 2023, pero pudo publicar un nuevo artículo; dicho artículo también acabó siendo retirado, «Se retracta el último artículo en Nature de Ranga P. Dias sobre un superconductor a temperatura ambiente», LCMF, 07 nov 2023.

Finalmente, Dante ha seleccionado como noticia la detección de aditivos plásticos como contaminantes en espermatozoides de hombres sanos (españoles de Tarragona). En mi opinión este trabajo es irrelevante, a pesar de que pueda ser muy mediático en España. Solo se han tomado muestras de 10 hombres sanos de entre 18 y 40 años residentes en Tarragona. Se observa la presencia de 21 compuestos químicos en el semen, incluyendo aditivos plásticos como ftalatos (que se usan para dar flexibilidad a plásticos como el PVC) o los bisfenoles A y S que se usan en embalaje de comida, plásticos reutilizables o textiles. El único interés que, en mi opinión, tiene este artículo es que propone una nueva metodología para detectar contaminantes; desarrollada por el IDAEA-CSIC y la Universitat Rovira i Virgili permite analizar más de 2000 compuestos químicos. Pero lo que ha llamado la atención de Dante es la detección de bisfenoles en el esperma; pero lo cierto es que ya fueron observados en el esperma en estudios de 2014 (174 sujetos) y 2015 (191 sujetos).

Me gustaría dejar muy claro que la observación de unos cien picogramos por litro de bisfenoles (BPA y BPS) en el esperma no es ningún problema de salud pública. Lo único que indica es la gran resolución alcanzada por las técnicas de metrología. El artículo es Elena Sánchez-Resino, Montse Marquès, …, Pablo Gago-Ferrero, «Exploring the Occurrence of Organic Contaminants in Human Semen through an Innovative LC-HRMS-Based Methodology Suitable for Target and Nontarget Analysis,» Environ. Sci. Technol. 57: 19236-19252 (07 Nov 2023), doi: https://doi.org/10.1021/acs.est.3c04347. La nota de prensa es «Un estudio detecta contaminantes orgánicos en el esperma de hombres sanos», CSIC, 21 Nov 2023.

¡Que disfrutes del podcast!