acoplamiento fase-amplitud de oscilaciones cerebrales

Cuando usted va de pie en el autobús y el conductor frena de golpe, el cerebro alcanza a tensar los músculos en fracciones de segundo para que no se caiga. Esa respuesta automática nace en lo profundo de la corteza, en la región que planifica los movimientos complejos, la corteza motora suplementaria.

En un acuario del tamaño de una mesa de comedor, dos bancos de neones negros nadan en compartimentos adyacentes separados por una pared transparente. No pueden tocarse, pero ven cada movimiento. Y aquí está lo sorprendente: cuando un banco decide girar a la izquierda, el otro hace lo mismo un instante después. Como si dos péndulos colgados tras un cristal comenzaran a oscilar al unísono.

En la habitación oscura del escáner, una persona observa atentamente unos destellos esporádicos en la pantalla. Una cámara infrarroja graba su pupila mil veces por segundo, mientras la máquina de resonancia magnética registra qué zonas del cerebro se activan.

El cerebro es como una casa construida con demasiado espacio: vivir en ella es agradable, pero mantenerla cuesta caro. Solemos imaginar el Parkinson como la destrucción de esa casa, con neuronas que mueren y estructuras que se encogen.

En una recepción concurrida, una persona mayor le pide a su interlocutor que repita una y otra vez: las palabras se ahogan en el murmullo de las voces. Así se ve el puente por el que el sonido va del oído al significado. Mientras ese puente se mantiene firme, el ruido solo molesta, pero no corta la conversación.

La luz en un detector de ondas gravitacionales recorre túneles de varios kilómetros, reflejándose en los espejos. Un haz perfectamente uniforme se asemeja a una sábana lisa sostenida por las esquinas.

El sonido entra en el oído y llega a una membrana delgada dentro de la cóclea, el órgano espiral del oído interno. Esta membrana no solo tiembla como una cuerda; ella misma impulsa las vibraciones cuando son débiles y deja de hacerlo cuando son fuertes. Así, el oído escucha tanto un susurro como una conversación alta.

Una trampa de luz mantiene a un átomo casi inmóvil, como una bolita sobre un resorte suave. Pero en cuanto aparece una aceleración, por ejemplo la gravedad, el equilibrio se desplaza. El átomo se mueve dentro de la onda de luz estacionaria, y esto cambia el ritmo al que intercambia energía con el campo.

El material de construcción más masivo del planeta, el hormigón, guarda sus secretos más importantes a escala nanométrica. Su resistencia y tendencia a fluir lentamente bajo carga están determinadas por el gel microscópico de hidrato de silicato de calcio (C-S-H), cuya estructura es caótica, como un remolino congelado de átomos.

El sonido se describe naturalmente con un número complejo, donde el volumen es la fuerza de la onda y la fase su posición en el tiempo. Las redes neuronales convencionales lo descomponen en dos coordenadas independientes, como si para dar una dirección dijeran: «dos al este, uno al norte».

Un péndulo que oscila por sí solo, sin que nadie le dé cuerda: en el mundo cuántico, estos “péndulos” se llaman cristales de tiempo. En ellos, el movimiento rítmico surge espontáneamente y no se desvanece. Pero hasta ahora, controlar ese ritmo era casi imposible: cualquier intervención amenazaba con destruir el frágil orden.

Una neurona envía una señal a su vecina. Esta no responde de inmediato: el impulso viaja por la prolongación a una velocidad finita, como una carta que se retrasa en el camino. Por lo general, ese retraso se considera un estorbo, pero en este nuevo trabajo se convierte en el director de orquesta.

Dos diminutos espejos en el vacío son como patinadores en pareja. Sus oscilaciones se sincronizan mediante un hilo gravitacional invisible. Al enfriarlos a millonésimas de grado por encima del cero, ese hilo los convierte en un único vínculo cuántico: el movimiento de uno resuena instantáneamente en el otro.

Un pulso láser corto golpea la molécula de yodo y sus átomos comienzan a vibrar como una bola atada a un muelle. Los científicos siguen estas vibraciones con un segundo pulso de banda ancha que registra el espectro en diferentes instantes.

Mantener en la cabeza un número de teléfono mientras lo marcas es memoria de trabajo. En el cerebro, esto lo hace un grupo de células que se envían señales entre sí, como personas que pasan un cubo por una cadena. Pero cada transmisión tiene un costo: se necesitan sustancias mediadoras que se agotan.

Un pulso de luz puede compararse con un acorde musical: varias notas suenan a la vez, y cada una tiene su volumen y su fase. En óptica cuántica, estos "acordes" se denominan estados comprimidos multimodo.

Los átomos en un haz viajan a diferentes velocidades, como corredores en un estadio. Un pulso láser ordinario empuja solo a aquellos que corren a una misma velocidad, pero el nuevo actúa como un entrenador que da órdenes a todo el grupo a la vez. Este enfoque involucra a más átomos en la medición.

Cada inhalación acelera ligeramente el corazón, y cada exhalación lo frena. Este ritmo, visible en el electrocardiograma, se conoce como arritmia respiratoria. Durante mucho tiempo se consideró un simple efecto secundario del sistema nervioso. Pero una nueva investigación muestra que esta coordinación no es casualidad, sino una forma de ahorrar energía.

El cerebro en reposo no calla: sus regiones conversan entre sí, y esas charlas pueden escucharse con un tomógrafo. Normalmente, los científicos siguen la fuerza de la señal, es decir, cuán fuerte "suena" cada zona. Pero la conversación también tiene ritmo: unas regiones se encienden a la vez, otras con retraso.

Un rayo de luz que atraviesa una placa transparente normalmente conserva su color. Pero si la placa se compone de capas delgadas alternadas, se convierte en una rejilla que refleja y transmite las ondas de forma selectiva. Esto se usa desde hace tiempo en láseres y filtros ópticos. Ahora, estas rejillas se han hecho vibrar y la luz ha empezado a cambiar de color.

Un diminuto defecto en el cristal de un diamante funciona como una antena sensible. Si un campo magnético oscila cerca, este defecto —una vacancia de nitrógeno— responde con un destello de luz. Antes, para escuchar la señal, había que acumular muchas mediciones repetidas, como quien escucha un susurro pegando el oído a la puerta.

La luz se puede aprisionar entre dos espejos, como un muelle en un tornillo de banco. Rebota de un lado a otro y se vuelve cada vez más densa; así se obtienen haces ultrabright. Pero hay un límite: con un brillo demasiado alto, los espejos empiezan a temblar. La luz los balancea como el viento mece un columpio, y parte de la energía se va en esa vibración.

En los huecos entre las células del cerebro fluye un líquido. No se queda quieto: cada latido del corazón lo empuja hacia adelante, y la respiración añade sus propias ondas. Hace diez años esto se vio en imágenes, pero solo ahora se ha calculado cómo esa pulsación acelera las moléculas.

El virus se acerca a la célula como una llave a una cerradura. Pero esta cerradura no es común: vibra, tiembla, y de si la llave acierta con el ritmo de esos temblores depende que la puerta se abra. Así, según un nuevo estudio, funciona el reconocimiento entre la proteína de espiga del coronavirus y el receptor ACE2 en la superficie de las células humanas.

La luz que viaja a través de una fibra óptica se asemeja a un corredor en un pasillo estrecho: puede correr en línea recta o zigzaguear de un lado a otro. La dirección de esas 'zigzagueadas' es la polarización.

El cerebro acumula impresiones durante el día, como una habitación acumula cosas. Por la noche, durante el sueño profundo, no solo descansa, sino que pone orden: repasa los acontecimientos del día y decide qué conservar y qué desechar. Los científicos han construido un modelo informático del cerebro que aprende de varios ejemplos durante el día y por la noche los "revisa", como si soñara.

Un pulso de luz en una fibra óptica es como el disparo de una pistola de salida: corto, seco, imposible de confundir con el silencio. Ese tipo de pulsos es lo que emite la nueva neurona artificial construida sobre un chip de silicio. Está hecha de un cristal de fosfuro de galio, un material que puede vibrar y transmitir luz al mismo tiempo.

El corazón no late como un metrónomo, sino como un batería de jazz: a veces se descompasa, salta latidos, se acelera. La fibrilación auricular es uno de los fallos más traicioneros: las aurículas tiemblan en lugar de contraerse, y la sangre puede estancarse y formar coágulos.

El gato de Schrödinger suele esconderse en experimentos mentales, vivo y muerto a la vez. Esta vez lo atraparon en el laboratorio: se hizo que un pulso de luz estuviera en dos estados opuestos a la vez, como una moneda suspendida en el aire mostrando cara y cruz al mismo tiempo.

Dentro del óvulo fertilizado de una rana se propagan ondas, como círculos en el agua, pero hechas de proteínas que ordenan la división celular. Estas ondas recorren milímetros, aunque el propio óvulo mide menos de un milímetro. Antes no se entendía por qué no se desordenaban. Resulta que las ondas se despejan el camino a sí mismas.