José Luis Moreno

Doctor en Derecho. Jurista amante de la ciencia y bibliofrénico. Curioso por naturaleza.

Abr

2013

La caída o decadencia del Imperio romano (I)

Última actualizacón: 20 marzo 2018 a las 21:52

Este concepto historiográfico, el de la caída o decadencia del Imperio romano, ha sido y es en la actualidad objeto de múltiples interpretaciones por parte de los historiadores. Se trata además de un tema recurrente ya que se ha querido ver en sus causas un reflejo de las crisis económicas, sociales y políticas que vivimos en la actualidad.

Tradicionalmente, se ha considerado el proceso desde dos puntos de vista: como una larga transformación debida a fenómenos endógenos (la «decadencia»); o un derrumbamiento repentino por causas fundamentalmente exógenas (la «caída»). En concreto, los términos “decadencia” y “caída” nos traen a la memoria la obra maestra del historiador inglés Edward Gibbon (The history of the decline and fall of the Roman Empire – Historia de la decadencia y caída del Imperio romano), quien renovó la ciencia historiográfica gracias a su análisis del período tardo-romano, asumiendo una postura a medio camino entre las causas endógenas y las exógenas. Este trabajo continua vigente en muchas de sus conclusiones y es de lectura obligada para quien quiere profundizar en este tema.

Las invasiones bárbaras

Al recapacitar sobre las causas del fin del Imperio romano, lo primero que nos viene a la mente son las llamadas “invasiones de los pueblos bárbaros”. Los romanos emplearon el término “bárbaro” ―cuyo origen etimológico es griego― para referirse a los pueblos extranjeros limítrofes con el Imperio. Por influencia celta, de donde pasó a los escritores latinos, también los conocemos como “germanos” a pesar de que su origen es multiétnico.

Debemos tener en cuenta que la primera migración de estos pueblos se produce alrededor del año 500 a.C. cuando alcanzan el curso inferior del Rin, Turingia y la Baja Silesia, momento en que entran en contacto con los celtas. Las migraciones germánicas comprendidas entre los siglos III y I a.C. no cesaron hasta la conquista de la Galia por Julio César (58-51 a.C.) y la organización de la frontera (limes) danubiana por Augusto alrededor del año 16 a.C. Desde entonces, y hasta los tiempos de Marco Aurelio, los germanos dejaron de constituir un peligro inmediato para el mundo romano.

Sin embargo, durante todo este tiempo se produjeron contactos intensos entre ambas culturas que fueron difuminando las barreras que los separaban: a la instalación de colonos germanos en las tierras semivacías de Galia en el norte, se une la transmisión de las técnicas agrarias romanas y el comienzo de fecundos intercambios comerciales. Al propio tiempo, Roma empleó una táctica que, vista en retrospectiva y a la larga, constituyó un error: la celebración de pactos con los germanos fronterizos permitiendo su entrada en el ejército imperial en calidad de mercenarios para que sirvieran de defensa frente al resto de invasores.

La segunda oleada migratoria, si podemos llamarla así, tiene lugar a lo largo del siglo III d.C. y se produjo por el empuje de los germanos orientales: los godos se desplazan hacia el sureste, por tierras danubianas y de la actual Ucrania; los vándalos y los burgundios hacia el suroeste. En el siglo siguiente surgirían cerca de la frontera del Rin las potentes confederaciones de alamanos y francos, que provocarían nuevas invasiones entre los años 254 y 278 d.C.

De igual forma, alrededor del año 375 d.C., después de haber sido expulsados de China tras largas décadas de lucha, los hunos invaden el sur de Rusia y destruyen el reino Ostrogodo del rey Ermanarico. Ante la presión de los invasores asiáticos, volvemos a ser testigos de otra oleada migratoria de los bárbaros hacia tierras occidentales.

Otras circunstancias a tener en cuenta

Sin embargo, para comprender adecuadamente el proceso que desembocó en el colapso final, debemos tener en cuenta la situación social, política y económica que se vivió durante este tiempo.

Desde el año 235 d.C. Roma vive presa de su enorme ejército. Con la llegada al trono de Maximino el Tracio comienza la época de los emperadores militares, que se prolongaría hasta finales del siglo III. Durante esta etapa, las legiones son las que imponen a los emperadores, elegidos entre los más destacados generales. Al tiempo, surgen usurpadores con ansias independentistas en varios rincones del Imperio. Por ejemplo, el general romano Marco Casiano Latino Póstumo, responsable de la administración de las Galias y de la protección de la frontera del Rin, decide constituir un reino independiente en el año 259 d.C. Su ejército, que había derrotado a los francos, le proclama emperador y da origen al imperio Galo ―que comprende las provincias germánicas y galas, así como Hispania y Britania― que perdurará hasta el año 273 d.C.

Lucio Domicio Aureliano, nombrado emperador en el año 270 d.C., comprendió que no podía combatir contra todos los enemigos al mismo tiempo, por lo que cedió la provincia de Dacia a los godos con la finalidad de calmar su ansia de expansión. Acto seguido atacó separadamente a vándalos y germanos que invadían Italia consiguiendo dispersarles. Finalmente logró recuperar el control sobre el Imperio Galo, así como sofocar el levantamiento de la reina Zenobia de Palmira, reconstituyendo la unidad del Imperio. En este contexto toma una decisión que tendrá irremediables consecuencias que más adelante analizaremos: ordena a todas las ciudades del Imperio, Roma incluida, que construyan murallas en su perímetro para defenderse con sus propias fuerzas.

Diocleciano, nombrado emperador en el año 274 d.C., decidió dividir el Imperio en cuatro grandes territorios (la reforma, con el nombre de “tetrarquía”, entró en vigor en el año 293 d.C.). El poder quedó repartido entre dos Augustos, Diocleciano y Maximiano, y dos Césares, subordinados a aquéllos. Con esta reforma se pretendía completar la vasta obra de descentralización administrativa y militar que se había iniciado con anterioridad, para lo cual cada uno se estableció en ciudades próximas a las fronteras con la finalidad de mejorar la defensa y controlar más de cerca los ejércitos imperiales.

Diocleciano, con su título de Augusto y la mayor parte del ejército, se ocupó sobre todo de los asuntos de oriente; mientras que para occidente designó a Maximiano, general del ejército, que se instaló en Milán. Cada uno de ellos escogió a su propio César, que se convierte desde ese momento en su hijo adoptivo y sucesor natural en un plazo de 20 años: Diocleciano nombró a Galerio, que situó su capital en Mitrovitza, en la actual Yugoslavia; mientras que Maximiano designó a Constancio Cloro, que se trasladó a Tréveris (Augusta Treverorum), en Germania. De esta forma, Roma quedó convertida tan sólo en la mayor ciudad de un Imperio que cada vez se volvía menos romano.

Diocleciano impulsó además una serie de medidas económicas. Los ciudadanos fueron obligados a ejercer una profesión determinada que no podían abandonar, al tiempo que los campesinos quedaban vinculados a las tierras que cultivaban pasando a sus hijos a su fallecimiento. Del mismo modo, obreros y artesanos fueron incorporados a corporaciones hereditarias, de las que tampoco podían salir. Se fijaron los precios máximos de los bienes de primera necesidad así como los salarios. Debido a los cuantiosos gastos militares, el Estado se vio obligado a acuñar cada vez más cantidad de dinero en monedas de menor peso provocando un aumento incontrolado de la inflación.

A causa de la asfixiante administración tributaria, y la multiplicación de detenciones y condenas por los intentos de evasión, muchos ciudadanos romanos deciden huir para ponerse a salvo de los recaudadores de impuestos y buscan refugio entre los “bárbaros”. Hasta aquel momento habían sido los bárbaros quienes buscaron refugio en tierras del imperio, cuya ciudadanía codiciaban como el más precioso de los bienes. Ahora sucedía justo lo contrario.

Continúa…

Mar

2013

Las mitocondrias, seres extraños en nuestro cuerpo

Última actualizacón: 13 marzo 2018 a las 22:33

Cuando hablamos de nuestros genes ―del genoma humano― nos referimos a los genes que se hallan en el núcleo de cada una de nuestras células, que forman los cromosomas y que nos hacen ser lo que somos. Sin embargo, existe un ADN distinto ―un ADN extranuclear― que se haya en el interior de unos orgánulos fundamentales para nuestro organismo: las mitocondrias.

Habitualmente se emplea un símil bastante sencillo para describir la función de las mitocondrias: se trata de las centrales energéticas de la célula, las encargadas de generar la energía necesaria, gracias principalmente al oxígeno que respiramos, para que la célula pueda llevar a cabo sus funciones fisiológicas. Sin embargo, su importancia va más allá. Por ejemplo, los paleoantropólogos y genetistas emplean el ADN mitocondrial para determinar el parentesco evolutivo de diferentes especies.

Una breve descripción

Encontramos las mitocondrias tanto en células animales como vegetales. La mayor parte de los textos sobre bioquímica y biología molecular destacan sus tres características principales: se trata de pequeños orgánulos esféricos o alargados, que están presentes en el citoplasma de las células rodeados por una doble membrana con un espacio interno entre ellas.

Por término medio, una mitocondria tiene una longitud que varía de 1 a 10 micras, y un grosor de 0,5 micras (lo que supone un tamaño parecido al de la bacteria Escherichia coli). La membrana externa es permeable al paso de iones, metabolitos y polipéptidos contenidos en el citosol, mientras que, por el contrario, la membrana interna es muy impermeable al paso de estas moléculas salvo que existan unos transportadores específicos. Esta membrana se encuentra plegada formando una serie de crestas: cuanta mayor sea la necesidad de energía de un tejido, más crestas presentará al suponer un aumento de su área superficial y, con ello, la capacidad de producir energía.

Principales funciones

La digestión de los alimentos que consumimos diariamente no es más que su degradación en unidades más pequeñas, permitiendo de esta forma su utilización en los distintos procesos biológicos. Esta descomposición es necesaria porque las macromoléculas no pueden acceder al interior de las células a menos que sean reducidas a sus elementos constituyentes, labor en la que intervienen determinadas enzimas. Una vez degradados, estos productos son absorbidos por las células mediante proteínas específicas de transporte. Con esta breve explicación ―muy esquemática― podemos comprender por tanto el significado del término metabolismo: constituye la red integrada de reacciones bioquímicas que mantienen la vida de un organismo. Un concepto algo genérico ¿verdad? Ahondemos un poco más.

En el metabolismo convergen dos mecanismos diferentes, el catabolismo y el anabolismo. El primero consiste en la destrucción de moléculas complejas en sus constituyentes más simples y la obtención y almacenamiento de la energía liberada. La otra cara de la moneda es el anabolismo: el proceso de construir moléculas complejas a partir de otras más sencillas. El anabolismo es el encargado de generar los componentes celulares y los tejidos y, por tanto, el responsable del crecimiento de nuestro organismo.

Bien. ¿Y dónde intervienen las mitocondrias? Las mitocondrias constituyen el principal lugar de generación de energía de la célula a través del catabolismo mediante la oxidación de los alimentos. La energía se obtiene en forma de ATP ―trifosfato de adenosina (o adenosín trifosfato, del inglés Adenosine TriPhosphate). Para obtener energía en forma de ATP, nuestras células emplean varios caminos distintos llamados rutas metabólicas. Vamos a exponer de forma breve y esquemática (que no se enfaden los bioquímicos) el metabolismo de la glucosa ―su degradación para el aprovechamiento de su energía― que puede dividirse en tres fases:

Glucólisis. Conlleva la lisis o escisión de la molécula de glucosa en dos fragmentos de tres carbonos (C3) en forma de ácido pirúvico, acompañada de la reducción de un transportador de electrones. Esta fase tiene lugar en el citoplasma de las células en ausencia de oxígeno. El rendimiento energético final serán dos moléculas de ATP consumidas por cuatro sintetizadas, por lo que se obtiene como resultado neto dos moléculas de ATP.
El ciclo de Krebs, también llamado ciclo del ácido cítrico o ciclo de los ácidos tricarboxílicos (TCA), en el que los átomos de carbono dos y tres del piruvato son transformados en CO2. El ciclo se lleva a cabo en el interior de las mitocondrias y su balance energético es la producción de dos moléculas de GTP, con enlaces ricos en energía. Además se obtienen moléculas con poder reductor como el NADH y el FADH2.
La cadena de transporte de electrones en la que los electrones son transferidos desde transportadores de electrones hasta el oxígeno y que, junto con protones de la disolución, forman agua. En este tercer estadio es donde se genera la mayor cantidad de ATP. Esta fase tiene lugar en la membrana interna mitocondrial. Por cada NADH que entra en la cadena se obtienen tres ATP, mientras que cada FADH2 aporta dos ATP.

El proceso completo se denomina fosforilación oxidativa. Mediante la oxidación de cada molécula de glucosa se obtienen alrededor de treinta moléculas de ATP.

Esquema actual del sistema mitocondrial de la fosforilación oxidativa. Los equivalentes reducidos que se generan en el metabolismo (NADH, FADH2) son oxidados por la cadena de transporte de electrones. La energía libre generada en esta reacción se emplea para bombear protones (puntos rojos) desde la matriz mitocondrial hasta el interior de las crestas mitocondriales, para dar lugar a la fuerza protón-motriz. Cuando éste se disipa a través del retorno a la matriz de los protones a través de la ATP sintasa, la energía almacenada se emplea para fosforilar el ADP con un grupo fosfato para formar ATP.

Disculpad esta simple descripción ya que mi objetivo es que nos centremos en el ADN mitocondrial.

El ADN mitocondrial

Bajo mi punto de vista, el rasgo más llamativo de las mitocondrias es que poseen un genoma propio diferente al contenido en el núcleo celular. Este AND mitocondrial (abreviadamente ADNmt o mtDNA en inglés) es una molécula de ADN circular que, en el caso de las mitocondrias humanas, tiene 16.569 pares de bases y ha sido secuenciado completamente (podéis verlo aquí). Gracias a este ADN, las mitocondrias pueden replicarse casi de forma independiente de la maquinaria celular, pueden transcribir y traducir su información genética y, de esta forma, codificar la síntesis de algunas de sus proteínas. Cada célula contiene cientos o miles de mitocondrias (siempre al menos una) y cada mitocondria contiene múltiples copias de su propio ADNmt.

Hasta la llegada del microscopio electrónico había cerca de veinte términos para estos pequeños corpúsculos, reconocidos finalmente como mitocondrias gracias a la labor del microbiólogo Carl Benda, quien los bautizó así en 1898 uniendo las palabras griegas mitos (hebra o hilo) y khondrion (pequeño gránulo). Con el paso de los años, los diferentes términos se fusionaron y su significado se aclaró a medida que mejoraba la microscopía. En esta labor resultó trascendental el descubrimiento de la existencia de un ADN mitocondrial realizado en 1963 por Margit M. K. Nass y Sylvan Nass, mientras formaban parte del Instituto Wenner-Gren de Biología Experimental de la Universidad de Estocolmo.

ADNmt en su configuración circular. Micrografía de electrones tomada de Nass, M. M. (1966), «The circularity of mitochondrial DNA». Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America, vol. 56, núm. 4, p. 1215-1222.

Sin embargo y a pesar de lo que pueda parecer, la mitocondria no funciona de forma completamente autónoma. Hoy sabemos que alberga muchos cientos de proteínas, de las cuales sólo unas pocas (13 en los humanos) se sintetizan en su interior y son codificadas por genes mitocondriales. Estas trece proteínas son subunidades de complejos macromoleculares implicados en el mecanismo de la fosforilación oxidativa que hemos explicado brevemente más arriba. El resto de proteínas están codificadas por genes nucleares, cuyos ARNm se traducen en los ribosomas citoplasmáticos y finalmente liberadas en el citoplasma. Desde allí son enviadas hacia receptores de la membrana mitocondrial, donde son transportadas hasta su interior.

Lo más interesante desde el punto de vista del estudio de la evolución humana es que el citoplasma es heredado casi exclusivamente por vía materna. Es decir, en la formación de un cigoto, el gameto femenino (el óvulo) aporta un núcleo haploide y además el citoplasma, mientras que el gameto masculino (el espermatozoide) aporta casi exclusivamente un núcleo haploide, sin citoplasma (las mitocondrias de los espermatozoides, que se encuentran en la cola, quedan fuera del óvulo al ser fecundado). Por lo tanto, dado que en los seres humanos las mitocondrias se encuentran en el citoplasma, todas ellas se heredan por vía materna (existe una excepción ya que hay estudios que afirman haber localizado mitocondrias del progenitor masculino en tejido muscular, aunque sus conclusiones son dudosas ).

Con este descubrimiento y los múltiples análisis del ADN mitocondrial que se han venido realizando desde entonces, aplicados como decimos al estudio de la evolución humana, se ha logrado reconstruir el árbol del ADNmt y, por tanto, llegar hasta la que se ha denominado «madre» de la especie humana, la “Eva mitocondrial”. Esta cuestión la trataremos en breve con más detalle en nuestra sección “El viaje más largo”.

Origen evolutivo

Como colofón, y aunque no nos detengamos mucho en ello, no puedo dejar de recomendar la lectura de los trabajos de Lynn Margulis. Fue una investigadora excepcional y quien defendió contra viento y marea la teoría de que las mitocondrias se incorporaron a la maquinaria celular en calidad de simbiontes, así como su origen bacteriano. Hoy en día muy pocos discuten la realidad de esta teoría, que se conoce como endosimbiosis seriada (Serial Endosymbiosis Theory ―SET― en inglés):

Yo afirmo, como antes lo hicieron otros académicos frecuentemente ignorados, que los ancestros lineales de las mitocondrias vegetales y animales también empezaron como bacterias de vida libre. Las mitocondrias, las fábricas intracelulares de energía, producen energía química dentro de las células de todos los animales, plantas y hongos. Las mitocondrias también residen de manera regular en la mayoría de las miríadas de oscuros seres microbianos, los protoctistas, a partir de los cuales evolucionaron las plantas, los animales y los hongos. Basándose puramente en las cifras, son los cloroplastos y las mitocondrias, y no los humanos, las formas de vida que dominan la Tierra.

[…]

Las mitocondrias viven en el interior de nuestras células pero no se reproducen al mismo tiempo que la célula que las aloja ni lo hacen de la misma manera. Son descendientes de bacterias ancestrales que usaban oxigeno. Atrapadas como presas o invadiendo la célula como parásitos, esas bacterias se establecieron en el interior de células distintas a ellas, en una extraña alianza en la que la célula invasora eliminaba los residuos y proporcionaba energía procedente del oxigeno a la célula parasitada a cambio de alimento y cobijo. Sin mitocondrias, la célula nucleada vegetal o animal no puede respirar y muere.

Referencias

Elliott, W. H., et al. (2002), Bioquímica y biología molecular. Barcelona: Ariel, XXVII, 788 p.
Klug, W. S. y Cummings, M. R. (1999), Conceptos de genética. Madrid: Prentice Hall, 840 p.
Lawrence, E. (2003), Diccionario Akal de términos biológicos. Madrid: Akal, 687 p.
Margulis, L. (2003), Una revolución en la evolución: escritos seleccionados. Valencia: Universidad de Valencia, 374 p.
Margulis, L. y Sagan, D. (2003), Captando genomas: una teoría sobre el origen de las especies. Barcelona: Kairós, 308 p.
Nass, M. M. y Nass, S. (1963), «Intramitochondrial fibers with DNA characteristics. I. Fixation and electron staining reactions». The Journal of cell biology, vol. 19, p. 593-611.
Nass, S. y Nass, M. M. (1963), «Intramitochondrial fibers with DNA characteristics. II. Enzymatic and other hydrolytic treatments». The Journal of cell biology, vol. 19, p. 613-629.
Nass, M. M. (1966), «The circularity of mitochondrial DNA». Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America, vol. 56, núm. 4, p. 1215-1222.

Mar

2013

Einstein sobre profesores y alumnos

Última actualizacón: 22 marzo 2018 a las 12:50

«El verdadero arte del maestro consiste en despertar la alegría por el trabajo y el conocimiento»

Mis queridos niños:

Me alegra veros aquí hoy, juventud feliz de una tierra alegre y dichosa.

No olvidéis nunca que las cosas maravillosas que aprendéis en la escuela son obra de muchas generaciones, producto del esfuerzo entusiasta y del trabajo incansable de todos los países del mundo. Se deposita todo esto en vuestras manos como herencia para que lo recibáis, lo honréis, lo aumentéis y podáis transmitirlo un día fielmente a vuestros hijos. Así es como nosotros, los mortales, alcanzamos la inmortalidad en las cosas permanentes que creamos en común.

Si nunca olvidáis esto, hallaréis un sentido a la vida y al trabajo, y adoptaréis la actitud más correcta hacia otras naciones y otras épocas.

Mar

2013

Andar con la mente

Última actualizacón: 2 abril 2018 a las 17:54

Hace poco comentábamos los avances en el tratamiento de diferentes problemas de visión relacionados con algunas enfermedades oculares y los mecanismos empleados: la terapia génica y la biónica. Ahora vamos a profundizar más en el segundo de estos mecanismos y el trabajo que están realizando numerosos científicos para conseguir otro hito importante: conseguir que personas con parálisis vuelvan a caminar.

El término biónica proviene de la raíz bio- «vida» y de la terminación de electró-nica,y es definida por la Real Academia Española de la Lengua como la aplicación del estudio de los fenómenos biológicos a la técnica de los sistemas electrónicos. En otros términos, en el campo de la medicina, biónica significa la sustitución de órganos o miembros por versiones mecánicas.

Existen distintos tipos de prótesis en función del órgano o miembro afectado. Por ejemplo, desde hace más de 50 años se vienen realizando implantes cocleares: consiste en la implantación quirúrgica de un aparato que transforma las señales acústicas en señales eléctricas que estimulan el nervio auditivo. Estas señales eléctricas son procesadas a través de las diferentes partes de que consta el implante y que son tanto externas (colocadas fuera del cráneo y que comprenden un micrófono, un procesador y un transmisor) como internas (un receptor-estimulador y unos electrodos).

Del mismo modo, se emplean prótesis de brazos y piernas que reciben el nombre de prótesis neurales o biónicas (ahora que los científicos han acabado por aceptar el término popularizado por los escritores de ciencia ficción). El mecanismo es relativamente sencillo sobre el papel: los miembros artificiales se acoplan al cuerpo mediante diferentes sistemas de sujeción y emplean los nervios que quedan tras una amputación para comunicarse con el cerebro de forma que éste puede controlarlos.

Los nervios, como parte del sistema nervioso periférico, conducen los impulsos eléctricos que conforman los estímulos desde los diferentes órganos al cerebro a través de la médula espinal. Cuando alguien sufre la amputación de una pierna pero los nervios siguen intactos, es posible su reconexión mediante una técnica denominada “reinervación muscular dirigida” (targeted muscle reinnervation o TMR por sus siglas en inglés). La técnica, desarrollada por el Dr. Todd Kuiken, director del centro de medicina biónica del Instituto de Rehabilitación de Chicago, transfiere los nervios de la pierna o el brazo a los músculos adyacentes. Cuando los nervios crecen en el músculo, éstos “piensan” como los músculos del pie o de la mano. De esta forma, cuando el usuario de una prótesis piensa en contraer la mano, las contracciones del músculo son medidas por señales mioeléctricas que permiten que la mano protésica responda. Es cierto que se necesita un intenso entrenamiento físico y mental para desarrollar todo el potencial, pero la mejora de estos sistemas con relación a las prótesis anteriores es abismal.

El poder de la mente

¿Y si fuéramos capaces de ir más allá? Imaginemos una persona postrada en una cama debido a una tetraplejia (personalmente, me es difícil imaginar una situación más dura). Acto seguido, imaginemos que esa misma persona se encuentra de pie frente a decenas de miles de espectadores y se encarga de hacer el saque de honor en el partido inaugural de la Copa Mundial de Fútbol a celebrar en Brasil el año que viene. ¿Ciencia-ficción?

No. Esta es la meta que se ha propuesto un grupo interdisciplinar de científicos encabezados por el brasileño Miguel Angelo Laporta Nicolelis que ha sido precursor, junto a sus colegas de la Universidad de Duke (en Durham, Carolina del Norte), de una técnica que permite implantar, por ahora en cerebros de ratas y monos, centenares de hilos conductores, finos como cabellos, formando microsondas. Éstas pueden detectar señales eléctricas muy débiles (potenciales de acción), generadas por unos pocos cientos de neuronas que se encuentran repartidas por la corteza frontal y parietal de los animales en experimentación y que son responsables de la generación de movimientos voluntarios.

Para hacer realidad la hazaña sin precedentes de que una persona vuelva a andar, el paciente llevará un traje robótico ―un exoesqueleto― confeccionado a su medida. Las señales motoras generadas por su cerebro serán enviadas a una mochila donde habrá un ordenador. Este será el encargado de “traducir” las señales eléctricas cerebrales en órdenes concretas para los motores del exoesqueleto, a fin de que este, ante todo, estabilice el peso del paciente y, después, coordine sus movimientos en el campo hasta llegar y golpear el balón.

Un prototipo de este exoesqueleto se está construyendo ya en el laboratorio de Gordon Cheng de la Universidad Técnica de Múnich y fundador de Walk Again (camina de nuevo), un proyecto internacional sin ánimo de lucro cuyo principal objetivo es desarrollar y poner en práctica el primer interfaz cerebro-máquina (brain-machine interface) capaz de restablecer la plena movilidad de los pacientes afectados de un grado severo de parálisis. Sus investigaciones han hecho posible que primates no humanos puedan utilizar la actividad eléctrica producida por cientos de neuronas, localizadas en varias regiones de su cerebro, para controlar directamente los movimientos de una gran variedad de dispositivos robóticos, incluyendo prótesis de brazos y de piernas.

Procedimiento complejo

Para que una persona sea capaz de mover con su mente un miembro robótico, es necesario en primer lugar establecer una comunicación directa con las neuronas encargadas de transmitir esa orden. No solo será preciso ubicar electrodos o sensores en el interior de la caja craneana, sino que habrá que “leer” simultáneamente una gran cantidad de neuronas. Muchos de estos sensores serán implantados en la corteza motora, la región del lóbulo frontal asociada con la generación de movimientos voluntarios, cuyas neuronas controlan y coordinan directamente el trabajo de nuestros músculos.

Acto seguido y una vez traducidos dichos impulsos eléctricos, habrán de ser retransmitidos al exoesqueleto para que se activen los diferentes actuadores y componentes mecánicos. Por último, y no menos importante, es preciso que exista un bucle, una retroalimentación con información del tacto, la fuerza, equilibrio etc. para que el cerebro del paciente sea capaz de adaptarse y modificar continuamente los impulsos que debe emitir.

Gary Lehew, colaborador de Nicoelis en la Universidad de Duke, ha ideado un nuevo tipo de sensor: un cubo de registro (debidamente patentado en Estados Unidos) que, una vez implantado, puede reconocer señales de un volumen tridimensional de la corteza. A diferencia de los anteriores sensores compuestos por matrices planas de microelectrodos, cuyas puntas reciben las señales eléctricas neuronales, este dispositivo extiende microfilamentos hacia arriba, hacia abajo y hacia los lados, recogiendo información por tanto de forma tridimensional. Esto significa que cada cubo podría, en principio, captar la actividad eléctrica de entre 4.000 y 6.000 neuronas. El objetivo consiste en implantar varios de estos sensores para disponer de datos simultáneos de decenas de miles de neuronas.

Para poder manejar la abundante cantidad de datos que genera este dispositivo, los investigadores avanzan en el diseño de microcircuitos que, implantados junto a los microelectrodos, envíen la información al exoesqueleto. Para este cometido, Tim Hanson ha construido un sistema de registro inalámbrico que permite enviar las ondas cerebrales hasta un receptor remoto. De esta forma, los datos procedentes de los sistemas de registro se transmitirán inalámbricamente a un ordenador alojado en una mochila, donde varios procesadores digitales ejecutarán unos algoritmos que traducirán las señales neuronales en órdenes aptas para controlar los elementos móviles, o actuadores, repartidos por las articulaciones del exoesqueleto y que ajustarán la posición de las extremidades artificiales.

Por último, como ya hemos avanzado, el paciente no solo ha de moverse, sino también sentir el suelo que pisa o la fuerza que ejerce con las manos. El exoesqueleto reproducirá un sentido del tacto y equilibro incorporando sensores microscópicos que, por una parte, detecten la cantidad de fuerza de cada movimiento concreto y, por otra, envíen la información del traje al cerebro para su procesamiento.

El equipo de Nicoelis ha logrado ya un avance decisivo en este campo al lograr que dos monos aprendan a ejercer un control neuronal de los movimientos de un brazo creado por ordenador, que no solo toca objetos del mundo virtual, sino que suministra también una realimentación “táctil artificial” directamente al cerebro de cada simio. Mediante entrenamiento, esta estimulación reactiva del cerebro gracias a los sensores instalados en el exoesqueleto deberían posibilitar una caminata sin tropiezos bastante similar a la que podemos hacer cualquiera de nosotros todos los días.

Otras aplicaciones

Una vez que se controle a la perfección el proceso de envío de las señales cerebrales a un dispositivo para su tratamiento digital y su conversión en órdenes mecánicas, el abanico de posibilidades de esta tecnología se abrirá en todo su esplendor. Ya no solo será posible que un humano con una lesión severa pueda volver a caminar y realizar una tarea tan cotidiana como vestirse, sino que permitirá la manipulación de robots enviados a ambientes donde un humano jamás podría o debería penetrar directamente: sería posible dirigir la actividad de un operario humanoide para reparar los daños sufridos tras un accidente nuclear como el que tuvo lugar en Fukushima.

Más aún, podríamos controlar herramientas que ejerzan fuerzas mucho mayores, o mucho más livianas, de lo que nuestros cuerpos son capaces, liberando así de las limitaciones ordinarias la cantidad de fuerza que un individuo puede desarrollar.

Quizás algún día se haga realidad la visión que James Cameron plasmó en su película Avatar y podamos maniobrar a distancia robots de cualquier tamaño y, tal vez, enviarlos a otros cuerpos celestes para que realicen los trabajos que nosotros no podemos o queremos llevar a cabo.

Referencias

Kuiken, T. A., Dumanian, G. A., Lipschutz, R. D., Miller, L. A., & Stubblefield, K. A. (2004). The use of targeted muscle reinnervation for improved myoelectric prosthesis control in a bilateral shoulder disarticulation amputee Prosthetics and Orthotics International, 28 (3), 245-253 : 10.3109/03093640409167756

En este artículo se describe el novedoso método para controlar una prótesis mioeléctrica de las extremidades superiores que se logró en un paciente con amputaciones bilaterales a nivel de los hombros. Se empleó la técnica de “reinervación muscular dirigida» gracias a la cual el paciente podía controlar simultáneamente dos movimientos con la prótesis experimental, tanto del codo como de la muñeca. El paciente manifestó que prefería claramente la nueva prótesis al indicar que era más fácil y rápida de utilizar, y la consideraba más natural.

O’Doherty JE, Lebedev MA, Ifft PJ, Zhuang KZ, Shokur S, Bleuler H, & Nicolelis MA (2011). Active tactile exploration using a brain-machine-brain interface. Nature, 479 (7372), 228-31 PMID: 21976021

En este artículo se demuestra el funcionamiento de una interfaz cerebro-máquina-cerebro (BMBI por sus siglas en inglés) que controla tanto los movimientos exploratorios de un actuador como permite la realimentación táctil artificial mediante la microestimulatión intracortical de la corteza somatosensorial primaria.

Lebedev MA, & Nicolelis MA (2006). Brain-machine interfaces: past, present and future. Trends in neurosciences, 29 (9), 536-46 PMID: 16859758

Velliste, M., Perel, S., Spalding, M., Whitford, A., & Schwartz, A. (2008). Cortical control of a prosthetic arm for self-feeding Nature, 453 (7198), 1098-1101 DOI: 10.1038/nature06996

Matsuoka Y, Afshar P, & Oh M (2006). On the design of robotic hands for brain-machine interface. Neurosurgical focus, 20 (5) PMID: 16711660

Hatsopoulos, N., & Donoghue, J. (2009). The Science of Neural Interface Systems Annual Review of Neuroscience, 32 (1), 249-266 DOI: 10.1146/annurev.neuro.051508.135241

Mar

2013

La cuna de la humanidad

Última actualizacón: 25 enero 2017 a las 22:27

Este es el primero de una larga serie de artículos donde intentaré ofrecer una visión global acerca de una cuestión fundamental: el origen del género humano y su dispersión por todo el planeta.

Para alcanzar este objetivo será necesario acudir a la paleoantropología, arqueología, geología, biología, genética, e incluso la astronomía, para comprender los complejos procesos que llevaron al surgimiento de nuestra especie y posibilitaron que en la actualidad hayamos colonizado todos los rincones del globo.

El mecanismo de publicación será el siguiente: he abierto una página exclusiva para este tema denominada “El viaje…”, punto de referencia desde donde se podrá acceder a todo el contenido. Para facilitar la tarea, iré abriendo sucesivas páginas jerarquizadas que englobarán periodos de tiempo relevantes desde el punto de vista de la colonización del planeta y que, a modo de «etapas», divide el largo viaje.

Mi intención es ofrecer una explicación lo más accesible posible de esta materia aunque sin perder rigor. Esto obligará comprender algunos de los conceptos, teorías y tecnicismos propios de las ciencias implicadas. Con idéntica función de ayuda, he creado una página llamada “Glosario” donde se explicarán estos términos (junto con su traducción al inglés por ser el idioma mayoritario en el que se escriben los más relevantes artículos científicos sobre el tema) y que será actualizada a medida que vaya aumentando el contenido principal. En cada término se indicará la fuente que utilizo para su definición así como, en el caso de ser necesario, una breve explicación más detallada. Las palabras que se incluyen en el glosario aparecerán resaltadas en color azul.

Decir por último que emplearé a menudo el mapa que aparece más abajo para ilustrar las diferentes «etapas» que conforman este viaje: se trata de un mapa físico que he ido adaptando a mis necesidades, por lo que sus aciertos y errores serán solo míos. Aunque la mayoría de las imágenes y gráficos que acompañan los artículos son elaboraciones propias (y así se indicará) he recurrido a otras muchas fuentes por lo que aparecerán debidamente citadas.

Bien, hasta aquí los primeros pasos y un pequeño resumen del contenido que en breve podréis leer con detenimiento en la página que alberga todo el material.

Solo me queda pediros que participéis en el proyecto, que debatamos, me critiquéis si es necesario y, en definitiva, que recorramos juntos este camino.