El óxido de magnesio y la probabilidad de vida alienígena

¿Qué tendrán que ver los cambios de fase a altas presiones y temperaturas del óxido de magnesio con la probabilidad de que exista vida en otros planetas? O, si se prefiere algo menos dramático, ¿qué relación existe entre el diagrama de fases del óxido de magnesio y las posibilidades de supervivencia de moléculas complejas en la superficie de un planeta?

La respuesta está en que experimentos recientes apuntan a que a altas presiones y temperaturas el óxido de magnesio se convierte en un líquido metálico y, como este óxido es representativo de los materiales rocosos en los mantos de los planetas similares a la Tierra, se concluye que el interior de los exoplanetas rocosos podría ser conductor eléctrico. Si el interior es conductor eléctrico y líquido, sus movimientos generan un campo magnético para el planeta, lo que protege su superficie del bombardeo de partículas cargadas provenientes de su estrella que tendrían la capacidad de destruir las posibles moléculas complejas que pudieran formarse. Por tanto, los resultados que Stewart Williams, de la Universidad Howard (EE.UU.), y sus colegas publican en Science, apuntan a que la probabilidad de que los exoplanetas rocosos, especialmente las supertierras, tengan un campo magnético es mayor de lo que se suponía.

El óxido de magnesio es uno de los óxidos más sencillos que están presentes en planetas rocosos como la Tierra y que se especula con que puedan estar en el núcleo de algunos planetas gaseosos como Júpiter. Se estima que su comportamiento puede ser representativo de una amplia variedad de materiales, por lo que el estudio de su comportamiento a altas presiones y temperaturas es de gran interés para la comprensión de la geología de los exoplanetas rocosos.

Existían una serie de predicciones teóricas que, variando en los detalles (rangos de las variables), venían a coincidir en dos puntos:

• Alrededor de los 0,33 TPa y a unos 8100 K la estructura cristalina del óxido de magnesio pasaría de ser la del cloruro sódico NaCl (cada átomo forma una celdilla cúbica centrada en las caras y ambas celdillas están interpenetradas o, lo que es más intuitivo, cada ión magnesio está rodeado por seis iones oxígeno y viceversa) a la del cloruro de cesio CsCl (cada átomo forma una celdilla cúbica simple y ambas celdillas están interpenetradas o cada ión magnesio está rodeado por ocho iones óxido y viceversa).
  
  

  

  NaCl

  

  CsCl

  
  
  
  
• En el entorno de los 0,59 TPa y a una temperatura cercana a 13600 K el óxido de magnesio pasaría a ser un líquido metálico

Como es comprensible, alcanzar estas presiones y temperaturas en un laboratorio para dibujar experimentalmente el diagrama de fases del óxido de magnesio no es tarea fácil. Y esto es lo que ha conseguido precisamente el equipo de Williams usando una técnica de ondas de choque generadas por láser. Sometieron pequeñas muestras de óxido de magnesio a la presión generada por láseres de alta potencia, llegando a sobrepasar los 1,5 TPa y los 50.000 K. La iluminación de los láseres genera una onda de choque a través del material que los investigadores son capaces de monitorizar, incluso fotografiar (a la derecha).

Los resultados dejan en muy buen lugar a los teóricos. Las dos transiciones de fase predichas se detectaron. La transición cristalina NaCl a CsCl se encontró que se produce a 0,44 TPa y a una temperatura de 9000 K. Por otro lado la transición a líquido metálico tiene lugar a una presión de 0,65 TPa y a una temperatura de 14000 K.

Tanto el campo magnético terrestre como el de Mercurio (el otro planeta rocoso con campo magnético del sistema solar) se producen porque ambos planetas tendrían un núcleo de hierro fundido en constante movimiento, lo que generaría el campo magnético por el efecto dinamo. Si un planeta no tiene un interior conductor en movimiento, no tendrá un campo magnético que lo proteja del viento solar de su estrella, con lo que, por una parte, su superficie se verá bombardeada por las partículas energéticas que constituyen el viento solar y, por otra, parte de su atmósfera se perderá por la erosión que genera la interacción del viento con la atmósfera. Marte, por ejemplo, no tiene campo magnético en la actualidad, por lo que una de las misiones de Curiosity es medir el nivel de incidencia en la superficie del viento solar, clave para determinar la habitabilidad actual del planeta.

El resultado de Williams et al. hace que podamos interpretar la expresión “interior conductor” del párrafo anterior en un sentido más amplio del que se venía considerando. Puede que un planeta no tenga una dinamo en su núcleo, pero podría tener suficiente óxido de magnesio para realizar la misma función en su manto, siempre y cuando las temperaturas y presiones sean lo suficientemente elevadas. Y aquí es donde entran las supertierras, ya que su tamaño de hasta 15 veces la Tierra les permite generar las condiciones para que este fenómeno ocurra.

En definitiva, el diagrama de fases del óxido de magnesio nos dice que es más probable que las supertierras tengan campos magnéticos, lo que implica que sus superficies y atmósferas estarían más preservadas de los vientos solares de sus estrellas. Y, aunque sea muy poco, también aumenta la probabilidad de que exista vida alienígena.

Esta entrada es una participación de Experientia docet en la XIX Edición del Carnaval de Química que organiza Leet mi explain  

Referencia:

McWilliams, R., Spaulding, D., Eggert, J., Celliers, P., Hicks, D., Smith, R., Collins, G., & Jeanloz, R. (2012). Phase Transformations and Metallization of Magnesium Oxide at High Pressure and Temperature Science DOI: 10.1126/science.1229450

El comunismo libertario de los pingüinos.

Los comportamientos espaciales de grupos grandes de animales pueden modelarse de forma matemática habitualmente siguiendo unas reglas de comportamiento individual muy simples, aunque las matemáticas implicadas sean muy complejas. Esas reglas suelen implicar unas normas de interacción locales para el individuo que después se traducen en lo que parece un movimiento ordenado de la manada, bandada o banco. El egoísmo, la propia supervivencia, está en la raíz misma de esas normas individuales. Un nuevo ejemplo nos lo dan Aaron Waters, de la Universidad de California en Merced (EE.UU.), y sus colaboradores en un artículo que publican en PloS ONE sobre los corros de pingüinos que se forman durante las ventiscas antárticas. Una vez más, el comportamiento egoísta del pingüino individual redunda en el bien del grupo, que comparte el calor del conjunto de manera equitativa.

El funcionamiento del modelo es relativamente simple:

• Los corros son tan compactos que sólo los pingüinos exteriores pueden moverse
• Cada pingüino es una fuente de calor y el viento se lleva ese calor.
• En función del número de pingüinos en el corro y la fuerza y turbulencia del viento, el modelo calcula cuál es el pingüino más frío en el perímetro del corro.
• El pingüino más frío se mueve al lugar exterior más protegido del viento, lo que se traduce en un movimiento desde una posición cara al viento a otra resguardada de él.
• Con cada movimiento de pingüino se itera el proceso

Las iteraciones repetidas muestran que el corro se va alargando y moviéndose poco a poco a favor del viento.

Sin embargo, los corros que se ven de pingüinos no son tan alargados como señala este modelo, de hecho, tienden más a la circunferencia si no hay obstáculos como montañas cerca. Por otra parte, el modelo asume vientos constantes en velocidad y dirección y pingüinos perfectamente idénticos. Cuando los investigadores introdujeron estas variables en forma de incertidumbre, esto es, remolinos de viento y diferencias de tamaño y tolerancia al frío de los pingüinos dentro de un rango natural, el modelo pasó a reproducir muy bien las observaciones.

Una de las conclusiones del modelo es muy llamativa. Cuando los científicos calcularon cómo se repartían el calor los pingüinos se encontraron con que lo compartían casi igualitariamente. Es decir, a pesar de que el comportamiento de los pingüinos individuales es sólo egoísta, tratando exclusivamente de encontrar el mejor lugar para ellos mismos, el tiempo que cada pingüino pasa expuesto al viento es prácticamente igual. Usando un símil político-económico, del laissez-faire (dejad hacer) de d'Argenson que popularizó de Gournay nace el Jeder nach seinen Fähigkeiten, jedem nach seinen Bedürfnissen! (de cada uno según sus capacidades, a cada uno según sus necesidades) de Blanc que popularizó Marx.

Pero cuidado aquí con las extrapolaciones demasiado rápidas. No en todos los casos el comportamiento individual egoísta resulta en reparto justo. Un corro de pingüinos es un sistema autosuficiente en el que los componentes individuales dependen sólo del grupo como fuente de refugio. Las perturbaciones sencillas del sistema, como la existencia de un obstáculo (una roca grande, una montaña) al que no todos tienen acceso, rompe la equidad del reparto.

Este resultado, aparte de los beneficios que puedan extraer los biólogos especializados en pingüinos, también puede resultar interesante en el estudio de colonias bacterianas en presencia de toxinas. O, ya puestos, para diseñar pautas de comportamiento de los enjambres de robots en condiciones climáticas adversas.

Esta entrada es una participación de Experientia docet en la Edición 3,14159265 del Carnaval de Matemáticas que organiza Pi medios

Referencia:

Waters A, Blanchette F, & Kim AD (2012). Modeling huddling penguins. PloS one, 7 (11) PMID: 23166841

Estudiando las impurezas del grafeno enlace a enlace.

Si miramos una tabla periódica veremos que el silicio (Si) se sitúa justo debajo del carbono (C). Ello quiere decir que las capas electrónicas externas tienen el mismo número de electrones en los mismos tipos de orbitales, por lo que ambos elementos tendrán químicas parecidas. Tanto es así que, en alguna ocasión, se ha especulado incluso con la posibilidad de existencia de vida basada en silicio. Es una especulación, porque la cercanía energética relativa de los orbitales d en el silicio hace que éstos entren en juego a la primera de cambio, modificando las valencias del silicio. Este hecho se ha puesto de manifiesto de la manera más espectacular en una serie de experimentos llevados a cabo en el Laboratorio Nacional Oak Ridge (EE.UU.) por un equipo encabezado por Wu Zhou, de la Universidad Vanderbilt, usando grafeno. Los resultados se publican en Physical Review Letters.

El silicio es una de las impurezas que con mayor facilidad se adsorben (con “d”, se ancla a la superficie, para entendernos) sobre el grafeno que se crea por deposición de vapor y afecta de forma notable a las características conductoras del mismo. Por tanto, si se pretende algún día integrar el grafeno con la microelectrónica basada en chips de silicio, es importante conocer cómo se comportan estas impurezas. El equipo de investigadores ha deducido la naturaleza de los enlaces de carbono y silicio en el grafeno, hasta ahora desconocida, a las bravas: usando una combinación de técnicas de microscopía electrónica para ver la conformación estructural y, a partir de ahí, calcular los tipos de enlaces implicados.

Simplificando, los investigadores lo que hicieron fue, por una parte, lanzar electrones a la superficie del grafeno con impurezas de silicio con un microscopio electrónico de transmisión y medir la pérdida de energía de estos electrones y, por otra, generaron imágenes de campo oscuro anular, un método que excluye el haz de electrones no dispersados por el grafeno. La combinación de ambas observaciones permite obtener las imágenes que ilustran este texto, en las que se distinguen los átomos claramente y las intensidades dan información sobre los enlaces químicos.

Átomo de Si (blanco) unido a tres átomos de C (azul) 

Átomo de Si (blanco) unido a cuatro átomos de C (naranja)

Comparando estos datos espectroscópicos con cálculos usando la teoría del funcional de la densidad se puede establecer con facilidad (relativa) la diferencia entre un átomo de silicio unido a cuatro o a tres átomos de carbono en el grafeno. En éste los átomos de carbono tienen una hibridación de orbitales sp² y se unen a otros tres átomos en un plano. En los casos en los que el silicio se une a cuatro átomos ocupa el hueco correspondiente a dos carbonos, con los orbitales d contribuyendo significativamente al enlace, lo que resulta en una hibridación exótica sp²d, también plana. Sin embargo, cuando el silicio se une a tres átomos de carbono la hibridación es sp³, esto es, tetragonal, y el silicio queda fuera del plano del grafeno. Estas conclusiones fueron recomprobadas a partir de cálculos de primeros principios.

Por si lo anterior no fuese demasiado claro: estos métodos permiten estudiar las impurezas y sus enlaces a nivel de átomos individuales. Si Linus Pauling levantara la cabeza...

Esta entrada es una participación de Experientia docet en la XIX Edición del Carnaval deQuímica que organiza Leet mi explain 

Referencia:

Zhou, W., Kapetanakis, M., Prange, M., Pantelides, S., Pennycook, S., & Idrobo, J. (2012). Direct Determination of the Chemical Bonding of Individual Impurities in Graphene Physical Review Letters, 109 (20) DOI: 10.1103/PhysRevLett.109.206803

La estructura del vidrio determinada átomo a átomo

El cristal de tu ventana realmente no es un cristal, es un vidrio compuesto de sílice (óxido de silicio). Ese mismo vidrio, algo más puro, se emplea como aislante por los fabricantes de los chips que gestionan el dispositivo que estés empleando para leer este texto. Esto podría llevarnos a creer que la estructura del vidrio de sílice es algo conocido y dominado, no habría más que ver la cantidad de elementos decorativos de formas muy elaboradas que se hacen en vidrio o la potencia de cálculo de algunos microprocesadores. Y nada más lejos de la realidad. Hasta ahora se viene tocando de oídas basándose en una teoría elaborada hace 80 años. Sólo recientemente se ha podido comprobar experimentalmente a nivel atómico esta teoría, lo que tendrá sus implicaciones para la industria de los semiconductores y la de los catalizadores.

En 1932 W.H. Zachariasen publicó The Atomic Arrangement in Glass [1], un artículo clásico que ha sido probablemente el más influyente en la historia del vidrio. En este artículo Zachariasen dio a la comprensión de la estructura del vidrio y su relación con la composición su base científica. Intuitivamente se hablaba de sólidos amorfos y, algo más tarde, se afirmaba que un vidrio era un material sólido que tenía la estructura de un líquido. La imposibilidad de aplicar la difracción de rayos X para determinar la estructura atómica llevaba a estas imprecisiones. Zachariasen, sin embargo, afirmó que un vidrio es una red tridimensional extensa de átomos que forma un sólido que carece de la periodicidad a larga distancias (una ordenación repetida) de los cristales. Pero eso no implica que no tenga orden a corto. Zachariasen llegó a proponer una reglas (pueden consultarse aquí) para la ordenación a corto que nunca se han comprobado experimentalmente pero que, en la práctica, son capaces de explicar los comportamientos macroscópicos observados.

En una serie de trabajos [2,3,4] el equipo encabezado por Leonid Lichtenstein, del Instituto Fritz Haber (Alemania) ha conseguido observar por primera vez de forma directa los elementos característicos de la estructura y los patrones que aparecen en ella. Tal y como predijo Zachariasen la estructura corresponde a un átomo de silicio rodeado por tres átomos de oxígeno, exactamente igual que en la sílice cristalina. Sin embargo, la sílice cristalina forma un panal de abeja regular compuesto exclusivamente por hexágonos en un plano, mientras que en el vidrio los anillos, si bien los hexágonos son las estructuras más frecuentes, también se forman desde rectángulos a anillos de más de nueve átomos.

Los investigadores, ante la imposibilidad de emplear difracción de rayos X, decidieron determinar la posición de los átomos uno a uno (literalmente). Para ello diseñaron un modelo bidimensional de un vidrio. Produjeron en una cámara de vacío ultra alto sólo dos capas atómicas de sílice sobre un sustrato de rutenio previamente recubierto por una capa de oxígeno. Dependiendo de la temperatura durante la preparación de la muestra y de la cantidad de sílice y oxígeno presentes los investigadores podían obtener desde una estructura completamente amorfa a otra completamente cristalina o una mezcla de las dos. En cualquier caso la estructura era completamente plana.

En primer lugar, usando un microscopio de efecto túnel Lichtenstein et al determinaron la posición de los átomos de oxígeno. Estos datos ya ponían de manifiesto las estructuras de Chachareasen. Posteriormente las estructuras fueron completamente confirmadas con un microscopio de fuerza atómica que también puede detectar los átomos de silicio. Esto es, consiguieron obtener una imagen precisa de todas las posiciones atómicas de un vidrio bidimensional.

Los investigadores también investigaron la transición entre la sílice amorfa y la cristalina. En la frontera la homogeneidad de los hexágonos de la estructura cristalina empieza a dejar paso a pentágonos y heptágonos. Conforme más se avanza en la parte amorfa más desviaciones aparecen en el número de átomos por anillo.

Estos datos no sólo permitirán conocer mejor las características de los vidrios empleados en la industria de los semiconductores, también arrojarán luz sobre el uso de la sílice y otros óxidos como catalizadores.

Esta entrada es una participación de Experientia docet en la XIX Edición del Carnaval de Química que organiza Leet mi explain

Referencias:

[1] WH Zachariasen (1932). The atomic arrangement in glass. J. Amer. Chem. Soc., 54 

[2] Lichtenstein L, Heyde M, & Freund HJ (2012). Crystalline-vitreous interface in two dimensional silica. Physical review letters, 109 (10) PMID: 23005304
[3] Lichtenstein, L., Heyde, M., & Freund, H. (2012). Atomic Arrangement in Two-Dimensional Silica: From Crystalline to Vitreous Structures The Journal of Physical Chemistry C, 116 (38), 20426-20432 DOI: 10.1021/jp3062866
[4] Lichtenstein, L., Büchner, C., Yang, B., Shaikhutdinov, S., Heyde, M., Sierka, M., Włodarczyk, R., Sauer, J., & Freund, H. (2012). The Atomic Structure of a Metal-Supported Vitreous Thin Silica Film Angewandte Chemie International Edition, 51 (2), 404-407 DOI: 10.1002/anie.201107097

¿Sabes distinguir un neuromito? Más del 75% de la población no.

Los juguetes que compramos y el entorno que creamos para los bebés. Desayunar o no. Excusas sobre el modo en que se presenta la información para justificar la falta de estudio. El efecto de la igualdad entre los sexos y lo políticamente correcto en el rendimiento escolar de niños y niñas. Dejar de intentar aprender algo “porque ya no tengo edad”. Juegos para entrenar el cerebro. La importancia del ejercicio físico para el rendimiento intelectual.... Estas y otras muchas cuestiones basan su resolución en nuestro conocimiento del funcionamiento del encéfalo. Pero, ¿hasta qué punto lo conocemos? ¿Sabemos distinguir lo verdadero de lo falso?

Para averiguarlo diseñamos este experimento tan sencillo. Nos basamos en un trabajo reciente de Dekker et al. orientado a profesionales de la enseñanza de donde extrajimos el cuestionario, aunque nosotros le hemos dado un uso ligeramente distinto. A este respecto recomendamos la lectura de Learning seen from a neuroscientific approach (OCDE, 2002) [PDF] 

El objeto, obviamente, no puede ser obtener un perfil de una persona en particular, pero sí capturar el de un grupo. Por ello algunos comentaristas decían que no encontraban sentido al experimento, porque pensaban que era un test de revista de adolescentes. No, lo que nosotros pretendíamos era obtener un retrato de una muestra significativa de usuarios de Internet, a sabiendas de que esa muestra estaría compuesta en un proporción relevante por lectores de este blog y que, por lo tanto, no representan al conjunto de la población (la muestra hay que suponer que es más inteligente y está más formada que una muestra de igual tamaño de población general escogida al azar).

Este retrato, pues, no es más que un indicio del nivel de credulidad grosso modo de esta muestra. En el cuestionario había 16 afirmaciones correctas y otras tantas incorrectas, mezcladas al azar (y no 15 como alguien comentó en Menéame basándose en las notas de prensa sobre el estudio de Dekker at al.). Por lo tanto, la distribución de respuestas nos dirá cómo de crédula (o excesivamente escéptica) es nuestra muestra.

Resultados

Se han analizado 1026 respuestas, de las que se han descartado 100 por distintos motivos, siendo el principal la repetición de la respuesta por parte de la misma persona (debido probablemente al funcionamiento del sistema de comentarios de Blogger).

De las 926, 27 han respondido que todas las cuestiones eran falsas y 3 que todas son verdaderas lo que no es lógicamente consistente, ya que #1 y #32 no pueden ser ciertas o falsas a la vez. Ello indicaría que estos datos no tienen calidad suficiente, por lo que he decidido descartarlos. Nos quedan pues 896 respuestas válidas.

673 personas han respondido que son falsas 15 afirmaciones o menos, esto es, el 75,11 % de las respuestas válidas cree que al menos una afirmación falsa es verdadera.

161 personas han respondido que son falsas 17 afirmaciones o más, es decir, el 17,97% de las respuestas válidas cree que al menos una afirmación verdadera es falsa.

Finalmente, 62 personas han respondido que había 16 respuestas falsas; de ellas no podemos afirmar nada.

La respuesta más común ha sido 13, con 103 respuestas, seguida de 12 con 96 y 14 con 92.

Comentario

Si bien este experimento carece de validez científica alguna sí creo poder afirmar con cierta contundencia lo siguiente.

Los resultados anteriores indicarían que un porcentaje significativo de la población general no tiene un conocimiento adecuado de cómo funciona el encéfalo en términos que le afectan en su día a día. Este conocimiento no adecuado puede ser usado en provecho de terceros, dificultar el rendimiento académico óptimo de los individuos o alterar el comportamiento basándose en realidades que son falsas.

Podemos discutir en los comentarios lo que consideréis oportuno. Muchas gracias a todos los participantes.

Los neuromitos

Finalmente las afirmaciones son las siguientes: en rojo incorrectas.

1 Usamos nuestros cerebros 24 horas al día

2 Los niños deben adquirir su lengua nativa antes de aprender una segunda. Si no lo hacen así nunca terminarán de dominar ninguna de las lenguas

3 Los chicos tienen encéfalos mayores que las chicas

4 Los estudiantes que no beben suficientes cantidades de agua (de 6 a 8 vasos al día) pueden sufrir una reducción del tamaño del cerebro

5 Se ha probado científicamente que los suplementos de determinados ácidos grasos (omega-3 y omega-6) tienen un efecto positivo en el rendimiento académico

6 Cuando un área del cerebro se ve dañada otras partes pueden asumir su función

7 Sólo usamos el 10% de nuestro cerebro

8 Los hemisferios derecho e izquierdo siempre trabajan juntos

9 Las diferencias en el dominio hemisférico (cerebro derecho, cerebro izquierdo) pueden ayudar a explicar las diferencias individuales entre estudiantes

10 Los encéfalos de chicos y chicas se desarrollan al mismo ritmo

11 El desarrollo cerebral ya ha terminado para cuando los niños llegan a secundaria

12 Hay períodos críticos en la niñez después de los cuales hay ciertas cosas que ya no se pueden aprender

13 La información se almacena en el encéfalo en una red de células distribuida en todo el encéfalo

14 El aprendizaje no se debe a la adición de nuevas células al cerebro

15 Las personas aprenden mejor cuando reciben información en su estilo de aprendizaje preferido (p.ej., auditivo, visual, kinestésico)

16 El aprendizaje se debe a la modificación de las conexiones neuronales en el encéfalo

17 El rendimiento académico puede verse afectado por no desayunar

18 El desarrollo normal del encéfalo humano implica el nacimiento y muerte de células cerebrales

19 La capacidad mental es hereditaria y no puede ser cambiada por el ambiente o la experiencia

20 El ejercicio intenso puede mejorar la función mental

21 Los entornos ricos en estímulos mejoran los cerebros de los niños preescolares

22 Los niños están menos atentos después de consumir bebidas o aperitivos dulces

23 Los ritmos circadianos (“relojes corporales”) se desplazan durante la adolescencia, lo que hace que los estudiantes estén cansados durante las primeras clases de la mañana.

24 La ingesta regular de bebidas con cafeína reduce el estado de alerta

25 Los ejercicios que ensayan la coordinación de las capacidades perceptivo-motoras pueden mejorar las capacidades de aprendizaje

26 La repetición continua a lo largo del tiempo de algunos procesos mentales pueden cambiar la forma y estructura de algunas partes del encéfalo.

27 Los estudiantes individuales muestran preferencias por el modo en el que reciben la información (p.ej., visual, auditiva, kinestésica)

28 Los problemas de aprendizaje asociados con diferencias en el desarrollo de la función cerebral no pueden ser solucionados por la educación

29 la producción de nuevas conexiones en el encéfalo puede continuar en la vejez

30 Las tandas cortas de ejercicios de coordinación pueden mejorar la integración de las funciones cerebrales de los hemisferios derecho e izquierdo

31 Hay períodos en la infancia en los que es más fácil aprender cosas

32 Cuando dormimos el cerebro se detiene

Una correlación metabólica de la enfermedad de Alzhéimer

No es la primera vez que comentamos en Experientia docet la importancia que para encontrar una solución al alzhéimer tiene ganar tiempo, esto es, ser capaces, no de diagnosticar, sino de detectar de forma temprana la probabilidad de desarrollar la enfermedad. Esto, siendo realistas, lo que permitiría sería poder estudiar cómo se desarrolla e intentar encontrar su origen último. En paralelo el sujeto objeto de la detección podría cambiar hábitos de vida de forma que le permitiese retrasar algo su aparición. Suena duro, pero es lo que hay de momento.

Un nuevo estudio afirma haber encontrado señales metabólicas en el cerebro que indicarían el comienzo de la enfermedad antes de la aparición de los primeros síntomas. El trabajo, encabezado por Shiri Stempler, de la Universidad de Tel Aviv (Israel), desarrolla modelos predictivos que usan la información metabólica para seguir la progresión del alzhéimer. Estos modelos tendrían una precisión del 90% a la hora de determinar el estadio de la enfermedad. O dicho con otras palabras, se podría no sólo diagnosticar la existencia de la enfermedad sino su progresión con un simple análisis de sangre. Los resultados se publican en Neurobiology of Aging.

Los investigadores emplearon datos recogidos empleando microarrays de expresión genética tanto del tejido completo del hipocampo como de neuronas del hipocampo de pacientes con alzhéimer diagnosticado. Recordemos que el hipocampo juega un papel clave en la memoria y el aprendizaje y que se ve dañado conforme progresa el alzhéimer.

Basándose en el número de genes metabólicos encontrados en las neuronas y el tejido completo, Stempler et al. construyen un modelo predictivo que correlaciona (lo que no implica causalidad) las anormalidades en la expresión de estos genes con la progresión de la enfermedad. De los casi 1500 genes analizados, los investigadores fueron capaces de seleccionar un grupo de 50 como los más predictivos. En los pacientes con alzhéimer analizados cada uno estos 50 genes está sobreexpresado o infraexpresado dependiendo del estadio de la enfermedad.

En la siguiente fase del estudio, los investigadores compararon la expresión de estos 50 genes en pacientes con alzhéimer, en sujetos sanos, en chimpancés y en macacos. En todos los casos la expresión era muy similar, con pocas diferencias entre individuos de una especie, salvo en los pacientes con la enfermedad. Esto implicaría que estos genes serían importantes para el funcionamiento normal del cerebro y que su regulación se vería alterada por la enfermedad de Alzheimer.

Hay que recalcar, una vez más, que el que los cambios metabólicos sean la causa del alzhéimer o al revés es algo que desconocemos. Pero lo interesante de momento es que exista la correlación. Y no es una correlación cualquiera: la correlación entre la expresión de genes metabólicos y los resultados de tests cognitivos en pacientes con la enfermedad de Alzheimer es mayor que la correlación que aparece en la literatura médica entra las placas de beta-amiloide y los resultados de esos mismos tests. Estaríamos ante una relación fuerte entre declive cognitivo y metabolismo alterado.

Ni que decir tiene que el próximo paso es intentar identificar biomarcadores en sangre asociados a esos cambios metabólicos. A lo mejor, de aquí a un tiempo, un análisis de sangre rutinario anual a partir de los 50 años permitirá detectar precozmente la aparición del alzhéimer, con lo que ello conlleva para su estudio temprano y, en su día, para su tratamiento.

Referencia:

Stempler S, Waldman YY, Wolf L, & Ruppin E (2012). Hippocampus neuronal metabolic gene expression outperforms whole tissue data in accurately predicting Alzheimer's disease progression. Neurobiology of aging, 33 (9), 2147483647-2147483647 PMID: 22560482

Experimento: ¿sabes distinguir un neuromito?

¿Cuánto sabemos sobre el funcionamiento del encéfalo?¿Sabemos distinguir mitos de realidades?¿Podría ocurrir que algunos de nuestros comportamientos se base en un mito?¿Podríamos estar adoptando decisiones sobre la educación de nuestros hijos basándonos en mitos?

A continuación, tras la imagen (que es sólo un separador y no significa nada), encontrarás 32 afirmaciones. Unas son correctas y otras no. Te pido que participes en un pequeño experimento que consiste en lo siguiente:

• Lee atentamente las 32 afirmaciones
• Lleva la cuenta de cuantas crees que son falsas (no hagas búsquedas en Internet, no es un concurso; la idea es que te conozcas mejor a ti mismo)
• Publica un comentario (lo puedes hacer anónimamente) en el que indiques el número de afirmaciones falsas. El número, no es necesario que digas cuáles te lo parecen
• Difunde este experimento para poder alcanzar un número significativo de respuestas

La semana que viene daré a conocer qué afirmaciones son correctas y cuáles no y compararemos los resultados con los de un estudio en el que se ha usado este mismo cuestionario.

Espero que disfrutes y gracias por participar.

1 Usamos nuestros cerebros 24 horas al día

2 Los niños deben adquirir su lengua nativa antes de aprender una segunda. Si no lo hacen así nunca terminarán de dominar ninguna de las lenguas

3 Los chicos tienen encéfalos mayores que las chicas

4 Los estudiantes que no beben suficientes cantidades de agua (de 6 a 8 vasos al día) pueden sufrir una reducción del tamaño del cerebro

5 Se ha probado científicamente que los suplementos de determinados ácidos grasos (omega-3 y omega-6) tienen un efecto positivo en el rendimiento académico

6 Cuando un área del cerebro se ve dañada otras partes pueden asumir su función

7 Sólo usamos el 10% de nuestro cerebro

8 Los hemisferios derecho e izquierdo siempre trabajan juntos

9 Las diferencias en el dominio hemisférico (cerebro derecho, cerebro izquierdo) pueden ayudar a explicar las diferencias individuales entre estudiantes

10 Los encéfalos de chicos y chicas se desarrollan al mismo ritmo

11 El desarrollo cerebral ya ha terminado para cuando los niños llegan a secundaria

12 Hay períodos críticos en la niñez después de los cuales hay ciertas cosas que ya no se pueden aprender

13 La información se almacena en el encéfalo en una red de células distribuida en todo el encéfalo

14 El aprendizaje no se debe a la adición de nuevas células al cerebro

15 Las personas aprenden mejor cuando reciben información en su estilo de aprendizaje preferido (p.ej., auditivo, visual, kinestésico)

16 El aprendizaje se debe a la modificación de las conexiones neuronales en el encéfalo

17 El rendimiento académico puede verse afectado por no desayunar

18 El desarrollo normal del encéfalo humano implica el nacimiento y muerte de células cerebrales

19 La capacidad mental es hereditaria y no puede ser cambiada por el ambiente o la experiencia

20 El ejercicio intenso puede mejorar la función mental

21 Los entornos ricos en estímulos mejoran los cerebros de los niños preescolares

22 Los niños están menos atentos después de consumir bebidas o aperitivos dulces

23 Los ritmos circadianos (“relojes corporales”) se desplazan durante la adolescencia, lo que hace que los estudiantes estén cansados durante las primeras clases de la mañana

24 La ingesta regular de bebidas con cafeína reduce el estado de alerta

25 Los ejercicios que ensayan la coordinación de las capacidades perceptivo-motoras pueden mejorar las capacidades de aprendizaje

26 La repetición continua a lo largo del tiempo de algunos procesos mentales pueden cambiar la forma y estructura de algunas partes del encéfalo

27 Los estudiantes individuales muestran preferencias por el modo en el que reciben la información (p.ej., visual, auditiva, kinestésica)

28 Los problemas de aprendizaje asociados con diferencias en el desarrollo de la función cerebral no pueden ser solucionados por la educación

29 la producción de nuevas conexiones en el encéfalo puede continuar en la vejez

30 Las tandas cortas de ejercicios de coordinación pueden mejorar la integración de las funciones cerebrales de los hemisferios derecho e izquierdo

31 Hay períodos en la infancia en los que es más fácil aprender cosas

32 Cuando dormimos el cerebro se detiene