Estimad@s Clientes y/o amantes del LEAN:
En el escrito de la semana pasada, resaltábamos cómo el
SQUID ( Dispositivo superconductor de interferencia cuántica ) es capaz de
detectar los minúsculos campos mágnéticos generados por nuestro cerebro
Si una corriente eléctrica circula a través de un conductor se
crea un campo magnético.
Esto supone que
cuando los impulsos nerviosos van por
los axones neuronales o cuando los potenciales
postsinápticos —que
se crean en el “salto” del impulso nervioso entre dos neuronas—, circulan por las dendritas se producen
campos magnéticos que, obviamente, son muy pequeños.
La importancia del método se basa en que el campo
magnético no es “retenido” por la materia orgánica (lo que sí sucede con el
eléctrico) y puede salir fuera del cerebro a través del cráneo. Por
otro lado, la medida de un campo magnético se puede realizar sin contacto
alguno: se puede medir la actividad cerebral sin tocar ni conectar nada al
cerebro del sujeto
El resto de este escrito está dedicado a explicar las bases
de toda la maravilla de tecnología que hay alrededor del SQUID
En la figura, vemos la amplitud debida a la interferencia de
las ondas emitidas por dos fuentes sincrónicas separadas una distancia d,
tal como se vería en una cubeta de ondas cuando nos situamos cerca de las
fuentes.
En la figura, vemos la intensidad debida a la interferencia
de las ondas producidas por dos fuentes sincrónicas separadas una
distancia d, codificada en escala de grises. El color negro indica
mínimo de intensidad y el color blanco máximo de intensidad.
Técnicas interferometría
Una de las técnicas de interferometría, tanto óptica como radial, consiste
en la observación de la propia fuente estelar con dos telescopios (o
bien con dos radiotelescopios) distantes entre sí de manera que haya un desfase
en las señales que llegan. A partir de este desfase, a través de una
elaboración electrónica de las señales recibidas, se puede llegar a la exacta
posición y al diámetro angular de una estrella,
o bien, en el caso de estrellas dobles, al valor de su separación angular.
Superconductores
La superconductividad es una propiedad presente en muchos
metales y algunas cerámicas, que aparece a bajas temperaturas, caracterizada
por la pérdida de resistividad a partir de cierta temperatura característica de
cada material, denominada temperatura crítica.
La superconductividad es una propiedad presente en muchos
metales y algunas cerámicas, que aparece a bajas temperaturas, caracterizada
por la pérdida de resistividad a partir de cierta temperatura característica de
cada material, denominada temperatura crítica.
Los superconductores también presentan un acusado
diamagnetismo, es decir, son repelidos por los campos magnéticos.
El fenómeno fue observado por primera vez en 1911 por el
físico holandés H. Kamerlingh Onnes, y sus explicaciones teóricas tardaron más
de cuarenta años en establecerse.
El hecho de que la teoría que explicaba este fenómeno se
mostrara tan elusiva tiene su justificación en que ni la teoría clásica de
materiales, construida por Drude y Lorentz, ni la posterior teoría cuántica que
Bloch y Grüneisen desarrollaron en la década de los treinta podían dar cuenta
del fenómeno de la desaparición de resistencia eléctrica.
Por su ausencia de resistencia, los superconductores se han
utilizado para fabricar electroimanes que generan campos magnéticos intensos
sin pérdidas de energía. Los imanes superconductores se han utilizado en
estudios de materiales y en la construcción de potentes aceleradores de partículas.
Aprovechando los efectos cuánticos de la
superconductividad se han desarrollado dispositivos que miden la corriente
eléctrica, la tensión y el campo magnético con una sensibilidad sin precedentes.
Superconductores de interferencia cuántica
Estos dispositivos constituyen los detectores de campos magnéticos
más sensibles que hay. Sus aplicaciones van del diagnóstico de tumores
cerebrales a la contrastación de la relatividad.
Una batería de detectores dispuesta en torno a la
cabeza de un paciente con epilepsia focal capta mínimas fluctuaciones del
campo magnético y señala con precisión dónde se halla la lesión a la que se
debe el trastorno. Una barra de aluminio de cinco toneladas suspendida en una
cámara de vacío a una temperatura próxima al cero absoluto espera la
minúscula perturbación que indicaría la llegada de una onda de gravedad
procedente de una supernova. Un solitario instrumento instalado en Baja
California registra sutiles variaciones del campo magnético, para que los
geofísicos localicen en el subsuelo una fuente potencial de energía geotérmica.
Mediciones tan dispares son posibles gracias al llamado
SQUID, acrónimo —que coincide con la palabra que en inglés significa calamar—
de superconducting quantum interference device, dispositivo
superconductor de interferencia cuántica. El SQUID, que capta cambios del campo
magnético, es el detector más sensible de que se dispone
El efecto Josephson
Una unión de Josephson real. La línea horizontal es el
primer electrodo, mientras que la línea vertical es el segundo electrodo. El
cuadrado que las separa es un aislante que tiene en el centro donde se
encuentran los dos electrodos una pequeña apertura a través de la cual está la
verdadera unión Josephson.
El efecto Josephson es el fenómeno de la supercorriente, se
denomina así al paso de partículas cargadas en forma de corriente eléctrica
ocasionada por el efecto túnel entre dos superconductores separados,
estos a su vez están separados por una capa de un medio aislante o un metal no
superconductor de unos pocos nanómetros.
La corriente eléctrica en los superconductores no la
transportan electrones simples sino se transportan en pares llamados
pares de Cooper los cuales son capaces de atravesar la capa por el efecto túnel
El efecto túnel
Me atrevería a decir que todos los estudiantes de física que
se encuentran por primera vez con la mecánica cuántica y, ¡cómo no!, también
cualquier mortal ajeno al tema al que se le explique la cuestión con un cierto
detalle, quedan fascinados por el efecto túnel, ese resultado
genuinamente cuántico, que no tiene parangón en mecánica clásica, y que indica
que una partícula siempre tiene una cierta probabilidad de atravesar una
barrera de potencial aunque su energía sea inferior a la altura de la barrera y
siempre que ésta tenga un tamaño espacial finito. Es como si cualquiera
de nosotros pudiéramos “atravesar” una pared con una cierta probabilidad si nos
abalanzamos contra ella sin que se produzca daño alguno, ni en la pared ni en
nosotros mismos: esto aclara, creo, el carácter cuántico exclusivo del
fenómeno. Pero veámoslo con un poco más de detalle.
Cualquier cuerpo en movimiento tiene una propiedad asociada
al mismo que se denomina energía cinética y que en mecánica clásica se define
como 
, donde m es la
masa del cuerpo y v la velocidad con la que se mueve. Como vemos es siempre una
cantidad positiva o igual a cero (cuando el cuerpo está en reposo).
, donde m es la
masa del cuerpo y v la velocidad con la que se mueve. Como vemos es siempre una
cantidad positiva o igual a cero (cuando el cuerpo está en reposo).
Los cuerpos pueden tener asociado otro tipo de energía no ya
debido a su estado de movimiento, sino a su posición. Este tipo de energía se
denomina energía potencial, U, y puede definirse siempre que sobre el cuerpo
actúen sólo fuerzas conservativas. Por ejemplo, si sostenemos en alto una bola,
ésta tiene energía potencial gravitatoria, debido a que es atraída por la
Tierra y si la soltamos caerá al suelo. Si tenemos un muelle fijado por un
extremo a una pared y lo comprimimos, situando una pelota en el otro extremo,
decimos que la pelota tiene energía potencial elástica. Si acercamos dos
cuerpos cargados o dos imanes, uno frente a otro, ambos tienen energía
potencial eléctrica o magnética, respectivamente. Las fuerzas puestas en juego
en estos ejemplos (gravitatoria, elástica, eléctrica y magnética) son todas
ellas conservativas. Sin embargo, otras fuerzas usuales como, por ejemplo, las
fuerzas de rozamiento, la fuerza motriz de los motores o la fuerza muscular,
son fuerzas no conservativas.
Pues bien, supongamos un cuerpo que se está moviendo en una
sola dirección (que suponemos que es la dirección x) en una región del espacio
de manera que su energía potencial tiene la forma que se muestra en la figura.
Como vemos, según la posición en la que se encuentre el cuerpo, su energía
potencial 
toma distintos
valores, presentando máximos y mínimos.
toma distintos
valores, presentando máximos y mínimos.
En física, la suma de la energía cinética y la energía
potencial se denomina energía mecánica total o, simplemente, energía total.
Existe un resultado fundamental que se conoce como teorema de conservación de
la energía mecánica total que dice que si sobre un cuerpo sólo actúan fuerzas
conservativas, la energía mecánica total del mismo se conserva. Es decir que en
esas circunstancias, el cuerpo se moverá de manera que esa energía total no
cambia independientemente de cuales sean su posición y su velocidad.
Supongamos, por ejemplo, que el cuerpo tiene una energía
total igual a que,
como vemos en la figura, es mayor que su energía potencial en cualquier punto x
en que se pueda encontrar en su movimiento. La energía cinética de ese cuerpo
variará según su posición y estará dada por .
La velocidad del cuerpo será por tanto ![v=\sqrt{2[E_{1}-U(x)]/m}](file:///C:/Users/Alvaro/AppData/Local/Temp/msohtmlclip1/01/clip_image003.gif)
y
como es mayor
que 
, podemos
calcular la raíz cuadrada y la velocidad tendrá un valor real y positivo (como
debe ser). Con esa energía total, el cuerpo puede moverse “libremente” (por
supuesto, de acuerdo a las leyes de la mecánica) a cualquier posición x.
que,
como vemos en la figura, es mayor que su energía potencial en cualquier punto x
en que se pueda encontrar en su movimiento. La energía cinética de ese cuerpo
variará según su posición y estará dada por .
La velocidad del cuerpo será por tanto y
como es mayor
que , podemos
calcular la raíz cuadrada y la velocidad tendrá un valor real y positivo (como
debe ser). Con esa energía total, el cuerpo puede moverse “libremente” (por
supuesto, de acuerdo a las leyes de la mecánica) a cualquier posición x.
Si la energía total del cuerpo fuese 
, tendríamos
una situación diferente. En efecto la partícula podría moverse (igual que en el
caso anterior) a cualquier punto de la regiones que se encuentran a la izquierda
de 
y
a la derecha de 
. Como
vemos en esas posiciones la energía total es mayor
que la energía potencial y es
posible obtener la velocidad como antes. Sin embargo, en los puntos situados
entre y ocurre
lo contrario: es mayor
que , tendríamos
que calcular la raíz cuadrada de una cantidad negativa y, por tanto, la
velocidad no sería una cantidad real sino imaginaria y no podría representar
una velocidad “válida” en mecánica clásica. Los puntos y se
denominan puntos de retroceso clásico y cuando el cuerpo llega a ellos se
encuentra una barrera de potencial que le impide proseguir su movimiento en ese
sentido. El cuerpo encuentra una pared que le impide proseguir su camino. Una
situación similar se presenta cuando el cuerpo tiene energías totales 
(en cuyo
caso aparecen tres puntos de retroceso clásico) y 
(con un único
punto de retroceso).
, tendríamos
una situación diferente. En efecto la partícula podría moverse (igual que en el
caso anterior) a cualquier punto de la regiones que se encuentran a la izquierda
de y
a la derecha de . Como
vemos en esas posiciones la energía total es mayor
que la energía potencial y es
posible obtener la velocidad como antes. Sin embargo, en los puntos situados
entre y ocurre
lo contrario: es mayor
que , tendríamos
que calcular la raíz cuadrada de una cantidad negativa y, por tanto, la
velocidad no sería una cantidad real sino imaginaria y no podría representar
una velocidad “válida” en mecánica clásica. Los puntos y se
denominan puntos de retroceso clásico y cuando el cuerpo llega a ellos se
encuentra una barrera de potencial que le impide proseguir su movimiento en ese
sentido. El cuerpo encuentra una pared que le impide proseguir su camino. Una
situación similar se presenta cuando el cuerpo tiene energías totales (en cuyo
caso aparecen tres puntos de retroceso clásico) y (con un único
punto de retroceso).
En mecánica cuántica esto no es así. La dinámica de un
cuerpo está regida por su función de onda, que es una función cuyo módulo al
cuadrado nos informa sobre la probabilidad de que el cuerpo se encuentre en una
determinada posición. En las regiones clásicamente permitidas, la
función de onda describe (como en el caso de la mecánica clásica) el cuerpo en
movimiento; sin embargo, cuánticamente siempre hay una probabilidad no nula de
que el cuerpo se encuentre en un punto de una región clásicamente prohibida. La
función de onda en esas regiones responde a una función exponencial decreciente
y salvo que la región clásicamente prohibida sea infinita (como sucede en el
ejemplo de la figura a la derecha de los puntos 
y 
de
retroceso) la función de onda permite “conectar” las regiones permitidas a
ambos lados de la zona prohibida: a todos los efectos es como si el cuerpo
hubiera encontrado en su camino un túnel que le hubiera permitido atravesar
(con una cierta probabilidad que es posible calcular y medir) la barrera de
potencial.
y de
retroceso) la función de onda permite “conectar” las regiones permitidas a
ambos lados de la zona prohibida: a todos los efectos es como si el cuerpo
hubiera encontrado en su camino un túnel que le hubiera permitido atravesar
(con una cierta probabilidad que es posible calcular y medir) la barrera de
potencial.
En la práctica el efecto túnel se pone de manifiesto en el
caso de barreras de potencial de unos pocos nanómetros de anchura y en él están
basados muchos dispositivos tecnológicos ampliamente usados hoy día. Entre
otros podemos mencionar el microscopio de efecto túnel, los transistores, los
diodos led, etc. Muchos fenómenos relacionados con la superconductividad y con
la física de semiconductores como el efecto Josephson o la emisión fría de
electrones, con la radiactividad y con algunos tipos de mutación espontánea
observados en la molécula de ADN que tienen su origen en el efecto túnel
cuántico.
Interferencia cuántica
Realizan un vídeo de interferencia cuántica en el que usan
moléculas relativamente grandes.
Un experimento es una pregunta que se le hace a la
Naturaleza. Dependiendo de lo habilidosos que seamos la respuesta puede ser más
o menos interesante. Cuando nos vamos a la microescala en la que opera la Mecánica
Cuántica (MC) el tipo de experimento que hagamos puede incluso cambiar
completamente la respuesta que obtengamos.
Así por ejemplo, si queremos manifestar las propiedades ondulatorias de la luz un experimento de interferencia nos dice que la luz es efectivamente una onda. Si queremos manifestar su naturaleza corpuscular entonces un experimento fotoeléctrico nos dirá que efectivamente la luz se compone de partículas puntuales. La realidad es que la luz es la que es y somos nosotros los que la pretendemos encajar en un modelo mental nuestro, un modelo que no tiene por qué describir completamente la realidad física.
Esta dualidad también se presenta con partículas subatómicas. Así por ejemplo, podemos hacer interferir electrones entre sí y poner de manifiesto su naturaleza ondulatoria. Podemos lanzar un chorro de estas partículas hacia una doble rendija y ver como en la pantalla posterior se pone de manifiesto el típico patrón de interferencia.
Así por ejemplo, si queremos manifestar las propiedades ondulatorias de la luz un experimento de interferencia nos dice que la luz es efectivamente una onda. Si queremos manifestar su naturaleza corpuscular entonces un experimento fotoeléctrico nos dirá que efectivamente la luz se compone de partículas puntuales. La realidad es que la luz es la que es y somos nosotros los que la pretendemos encajar en un modelo mental nuestro, un modelo que no tiene por qué describir completamente la realidad física.
Esta dualidad también se presenta con partículas subatómicas. Así por ejemplo, podemos hacer interferir electrones entre sí y poner de manifiesto su naturaleza ondulatoria. Podemos lanzar un chorro de estas partículas hacia una doble rendija y ver como en la pantalla posterior se pone de manifiesto el típico patrón de interferencia.
Lo más sorprendente de este último experimento es que si de
algún modo detectamos por dónde pasa el electrón, por qué rendija, entonces el
patrón de interferencia desaparece y tenemos un comportamiento corpuscular. Al
fijar un lugar por el que pasa o no el electrón estamos definiéndolo como un
corpúsculo y de ahí que desaparezca su carácter ondulatorio.
Todo esto es aún más fascinante cuando en el haz de electrones de este experimento sólo hay un electrón de vez en cuando. Con eso impedimos que el electrón interfiera con otros electrones, pero aún así el efecto acumulado de varios electrones produce el patrón de interferencia. Digamos que la función de ondas del electrón “sabe” que hay dos rendijas y al explorarlas el electrón interfiere consigo mismo. De nuevo, si miramos por dónde pasa entonces desaparece la interferencia.
Este experimento de la doble rendija es muy famoso y viene en todos los artículos y libros de divulgación de MC.
Pero si no nos conformamos con electrones podemos seguir con partículas mayores y seguiremos obteniendo patrones de interferencia. Si usamos átomos completos y los lanzamos contra una doble rendija vemos que se comportan como ondas. También se ha hecho con buckybolas. Pero, ¿dónde está el límite? Los automóviles que van por la carretera no exhiben un comportamiento ondulatorio, no obedecen la MC, son objetos clásicos.
Todo esto es aún más fascinante cuando en el haz de electrones de este experimento sólo hay un electrón de vez en cuando. Con eso impedimos que el electrón interfiera con otros electrones, pero aún así el efecto acumulado de varios electrones produce el patrón de interferencia. Digamos que la función de ondas del electrón “sabe” que hay dos rendijas y al explorarlas el electrón interfiere consigo mismo. De nuevo, si miramos por dónde pasa entonces desaparece la interferencia.
Este experimento de la doble rendija es muy famoso y viene en todos los artículos y libros de divulgación de MC.
Pero si no nos conformamos con electrones podemos seguir con partículas mayores y seguiremos obteniendo patrones de interferencia. Si usamos átomos completos y los lanzamos contra una doble rendija vemos que se comportan como ondas. También se ha hecho con buckybolas. Pero, ¿dónde está el límite? Los automóviles que van por la carretera no exhiben un comportamiento ondulatorio, no obedecen la MC, son objetos clásicos.
En algún punto el micromundo deja de ser cuántico para ser
clásico al crecer hasta el macromundo. Generalmente se asume que se produce
una decoherencia que impide a objetos lo suficientemente grandes exhibir
comportamientos cuánticos.
¿A qué escala el mundo cuántico pasa a ser clásico? ¿Depende de nuestra habilidad o es intrínseco?
Pues bien, se ha llegado a realizar el experimento de la doble rendija con moléculas que constan de 400 átomos. Quizás algún día se pueda hacer con virus, no lo sabemos.
Ahora un grupo internacional de físicos ha realizado un vídeo en tiempo real en el que se ve el patrón de interferencia en un experimento de doble rendija cuando se usan moléculas orgánicas de 58 y 114 átomos (C32H18N8 y C48H26F24N8O8respectivamente). Las moléculas se producen por micro evaporación gracias a un láser, proceso que evita la destrucción de las moléculas y genera un intenso haz coherente de moléculas.
Además crearon una red de difracción (un equivalente de la doble rendija, peor con varias rendijas en lugar de sólo dos) de nitruro de silicio con una separación de 10 nm entre rendijas.
¿A qué escala el mundo cuántico pasa a ser clásico? ¿Depende de nuestra habilidad o es intrínseco?
Pues bien, se ha llegado a realizar el experimento de la doble rendija con moléculas que constan de 400 átomos. Quizás algún día se pueda hacer con virus, no lo sabemos.
Ahora un grupo internacional de físicos ha realizado un vídeo en tiempo real en el que se ve el patrón de interferencia en un experimento de doble rendija cuando se usan moléculas orgánicas de 58 y 114 átomos (C32H18N8 y C48H26F24N8O8respectivamente). Las moléculas se producen por micro evaporación gracias a un láser, proceso que evita la destrucción de las moléculas y genera un intenso haz coherente de moléculas.
Además crearon una red de difracción (un equivalente de la doble rendija, peor con varias rendijas en lugar de sólo dos) de nitruro de silicio con una separación de 10 nm entre rendijas.
El Magnetómetro SQUID : Dispositivo superconductor de
interferencia cuántica
El magnetómetro SQUID, aparato Superconductor de
Interferencia Cuántica, es un equipo que fue inventado al inicio de los años
setenta por J.E. Zimmerman y colaboradores, el cual consiste en algo que se
conoce como efecto Josephson. Esto se compone de una delgada barrera
aislante entre dos superconductores (dos metales enfriados en helio líquido,
para mantener el estado de superconducción), en la cual corre una
supercorriente formada por pares de electrones, este mecanismo se
utiliza también en aparatos electrónicos y computadoras ultrarrápidas.
El SQUID y los conjuntos
de SQUID ahora se utilizan en los laboratorios de
investigación médica en todo el mundo, para trazar el mapa de los campos
biomagnéticos producidos por los procesos fisiológicos dentro del cuerpo
humano. Es decir es capaz de medir la energía sutil alrededor del
cuerpo humano, se trata del mismo campo de energía que personas sensitivas
han descrito desde hace milenios que los científicos han ignorado porque no
había medios para medirlo objetivamente.
Desde hace tiempo se sabe que las células y los tejidos generan un campo eléctrico que se puede medir en la superficie de la piel. Pero, las leyes de la física afirman que cualquier corriente eléctrica genera un campo magnético correspondiente en el espacio. Dado el hecho que estos campos magnéticos son demasiado pequeños para ser detectados, los científicos asumieron que dichos campos no podían tener una importancia fisiológica.
Esta situación empezó a cambiar en 1963, Cuando Gerhard y Richard McFee, del Departamento de Energía Eléctrica de la Universidad de Siracusa Nueva York, detectaron el campo biomagnético proyectado por el corazón humano utilizando dos electroimanes de 2 millones de vueltas de hilo cada uno, conectados a un amplificador muy sensitivo.
Desde hace tiempo se sabe que las células y los tejidos generan un campo eléctrico que se puede medir en la superficie de la piel. Pero, las leyes de la física afirman que cualquier corriente eléctrica genera un campo magnético correspondiente en el espacio. Dado el hecho que estos campos magnéticos son demasiado pequeños para ser detectados, los científicos asumieron que dichos campos no podían tener una importancia fisiológica.
Esta situación empezó a cambiar en 1963, Cuando Gerhard y Richard McFee, del Departamento de Energía Eléctrica de la Universidad de Siracusa Nueva York, detectaron el campo biomagnético proyectado por el corazón humano utilizando dos electroimanes de 2 millones de vueltas de hilo cada uno, conectados a un amplificador muy sensitivo.
En 1970 David Cohen del MIT (Instituto de Tecnología
de Massachusetts) en Cambridge, Massachusetts, utilizando el SQUID confirmó los
resultados concernientes al corazón, que de hecho describieron el campo
magnético del corazón con tanta claridad y sensibilidad como nunca antes se
había hecho. Su obra estableció las bases para todo un nuevo campo del
diagnóstico la Magnetocardiografía.
Para 1972 Cohen pudo extender sus mediciones del SQUID a los
campos producidos por el cerebro, esto por medio de mejorar la sensibilidad del
SQUID, ya que se encontró que los campos emitidos por el cerebro son
cientos de veces más débiles que los del corazón. El resultado fue el
primer registro que se hizo del campo biomagnético del cerebro. Esto
también da paso a que se inicie lo que ahora se conoce como
Magnetoencefalograma, el cual tiene la ventaja que ofrece más detalles
del cerebro que el electroencefalograma y sufre menos distorsión al pasar por
los tejidos.
Posteriormente se descubrió que todos los tejidos y órganos
producen pulsaciones magnéticas específicas, que son ahora conocidos con el
nombre de campos biomagnéticos. Los exámenes tradicionales con el
electrocardiograma y electroencefalograma se complementan ahora por el
magnetocardiograma y el magnetoencefalograma. Por distintas razones el estudio
del campo magnético alrededor del cuerpo, da indicaciones más exactas sobre la
fisiología y la patología que el estudio del campo eléctrico.
La magnetoencefalografía
La actividad coordinada de las neuronas también produce
campos magnéticosademás de las corrientes eléctricas que medía la EEG. La intensidad
de estos campos es tremendamente pequeña pero puede ser medida por una técnica
denominadamagnetoencefalografía o MEG.
La EEG y la MEG son técnicas conceptualmente similares pero
la MEG ofrece una calidad de señal superior y una resolución temporal
muy alta.
Sin embargo, sus costes son mucho mayores por lo
tanto no es una técnica tan popular en neuromarketing. Un
equipo de magnetoencefalografía, que requiere una sala aislada de campos
magnéticos para poder medir los débiles campos magnéticos del cerebro, puede
costar alrededor de 2 milones de dólares.
La magnetoencefalografía ofrece nuevas posibilidades
de diagnóstico en alzhéimer
La magnetoencefalografía es una técnica de neuroimagen que
mide la actividad cerebral a través de la detección de los campos magnéticos
del cerebro y su aplicación para el estudio del alzhéimer. En España sólo hay
tres equipos, ubicados en Madrid, Barcelona y San Sebastián, y no existen más
de 200 en todo el mundo, ya que están valorados en unos dos millones de euros
cada uno. El Centro de Tecnología Biomédica de la Universidad Politécnica de
Madrid cuenta con uno de ellos y Fernando Maestú Unturbe es uno de los expertos
que lo maneja. Este especialista ha visitado hoy el Instituto de Neurociencias
de Castilla y León (Incyl) con el objetivo de intentar establecer
colaboraciones con los científicos de Salamanca y avanzar así en el diagnóstico
de las enfermedades neurodegenerativas.
" Cualquier corriente eléctrica emite un campo
electromagnético", señala el investigador en declaraciones recogidas por
DiCYT. Por eso, "como las células de nuestro cerebro se comunican a
través de sinapsis electroquímicas, emiten un campo magnético que puede ser
observado desde el exterior". De esta manera, "vemos cómo
están funcionando las neuronas, si lo hacen de manera coordinada o
descoordinada, y podemos ver los patrones de algunas enfermedades neurológicas
y así tenemos un mayor poder diagnóstico", agrega.
La técnica apenas tiene unos 15 años, lo que la convierte en
"la más joven de las técnicas de neuroimagen", capaz de medir en tres
dimensiones de la actividad cerebral: el espacio, el tiempo ("se
incrementa la resolución temporal" con respecto a otras técnicas, apunta)
y la frecuencia a la que disparan las células. En el diagnóstico de alzhéimer
tan sólo se emplea desde hace 7 años, de manera que "estamos en un periodo
de investigación", pero su aplicación en esta enfermedad es prometedora
"porque da información sobre funcionalidad del cerebro y las relaciones
entre distintas zonas".
En cualquier caso, el hecho de que se trata de una técnica
tan novedosa hace que realizar diagnósticos a través de ella aún requiera de
investigaciones. Someter a una persona sana a un examen con este sistema
permite construir patrones de control para compararlos con los pacientes que
tienen una enfermedad y comprobar así los patrones que caracterizan cada
patología.
Técnica no invasiva
Una de las ventajas que ofrece la magnetoencefalografía es
que se trata de una técnica no invasiva para quien se somete a ella. "El
paciente introduce su cabeza dentro de un sensor que recoge lo que de forma
natural emite nuestro cerebro", señala Fernando Maestú. De hecho, desde
los 7 meses de gestación el cerebro ya emite estas señales y hay una técnica
que es la magnetoencelefalografía fetal que mide el campo magnético del cerebro
del feto.
Lo que los profesionales ven a través de esta técnica
son oscilaciones del campo magnético que son el reflejo de los flujos de
corriente eléctrica que hay en el cerebro. Aunque se trata de algo muy
útil para ver las alteraciones cerebrales patológicas, también sirve para
estudiar procesos normales de envejecimiento, según los expertos.
"En el envejecimiento normal se alteran los patrones de
actividad cerebral, así que vemos relaciones entre zonas del cerebro que se
alteran o se reorganizan con la edad", apunta. Se trata de una falta de
conectividad adecuada. "Nuestro cerebro tiene muchas zonas relacionadas
entre sí, esta estructura se va perdiendo a lo largo del paso de los años y
este tipo de conectividad se pierde, el cerebro se va reorganizando
progresivamente a medida que pierde células, pero lo hace de manera más
ineficiente que un cerebro más joven", explica.
La magnetoencefalografía como técnica para el
estudio del encéfalo
El biomagnetismo lo forman los campos magnéticos generados
por los sistemas biológicos, que tienen los mismos principios de análisis que los
producidos por una corriente eléctrica que circula por un conductor lineal.
Si una
corriente eléctrica circula a través de un conductor se
crea un campo magnético.
Esto supone que
cuando los impulsos nerviosos van por los axones neuronales o cuando los potenciales postsinápticos —que se crean en el
“salto” del impulso nervioso entre dos neuronas—, circulan por las dendritas se producen
campos magnéticos que, obviamente, son muy pequeños.
No obstante existen unos aparatos denominados “dispositivos superconductores de interferencias cuánticas” o SQUID (Superconducting Quantum Interference Device) capaces de percibir un campo magnético de muy baja potencia.
No obstante existen unos aparatos denominados “dispositivos superconductores de interferencias cuánticas” o SQUID (Superconducting Quantum Interference Device) capaces de percibir un campo magnético de muy baja potencia.
La importancia del método se basa en que el campo magnético
no es “retenido” por la materia orgánica (lo que sí sucede con el eléctrico) y
puede salir fuera del cerebro a través del cráneo. Por otro lado, la medida de
un campo magnético se puede realizar sin contacto alguno: se puede medir la
actividad cerebral sin tocar ni conectar nada al cerebro del sujeto.
En 1963, Baule y McFee registraron por primera vez la
actividad eléctrica del corazón mediante la detección de los campos magnéticos.
Cinco años después, Cohen, en el Instituto de Tecnología de Massachusetts, fue
capaz de detectar las pequeñas señales debidas al funcionamiento del encéfalo
y, finalmente, en 1969, Zimmerman diseñó una habitación, aislada de los campos
ambientales, para registrar la actividad cardíaca utilizando superconductores.
La magnetoencefalografía se
realiza con unos aparatos que se denominan neuromagnetómetros, que disponen de varios SQUID(entre 100 y
150) dispuestos en forma de casco de manera que puedan acercarse
simultáneamente al cráneo del sujeto. Su emisión es analizada por un ordenador
que determina el origen encefálico de las señales. En el ordenador aparece la
imagen del encéfalo, obtenida mediante Resonancia Magnética, y sobre ella se
observan las regiones encefálicas que poseen una gran actividad eléctrica.
De esta manera, con magnetoencefalografía se podría detectar
una zona concreta del cerebro con una actividad eléctrica determinada, superior
a la normal o mayor que la percibida en otras zonas colindantes. Así, si esto
es consecuencia de una anomalía patológica, se podría proceder a la eliminación
de la parte afectada. Pero, asimismo, se lograrían realizar estudios
fisiológicos para cuantificar
la actividad cerebral regional cuando se perciben ciertos
estímulos o cuando se realizan unas determinadas conductas.
Si desea ver un breve vídeo sobre el asunto:
Que disfrutéis cada hora del fin de semana
Un cordial saludo
Alvaro Ballesteros
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