difusión por resonancia magnética

Cada segundo, miles de aviones de pasajeros en el cielo envían señales de radio, así los controladores ven dónde vuela cada aeronave. Estas señales no viajan en línea recta: el aire con diferente humedad las curva como una lente. Si se capta la curvatura, se puede calcular dónde el aire es más seco y dónde más húmedo.

El médico mira la pantalla y ve dos imágenes de la misma zona del cuerpo. Una muestra dónde la sangre es rica en oxígeno; la otra, a qué velocidad corre por los vasos más finos. Antes, estas imágenes las tomaban aparatos distintos y era difícil combinarlas. Ahora, los ingenieros han construido un dispositivo que realiza ambas tomas a la vez.

Un resonador magnético es un gran imán que alinea los átomos de hidrógeno del cuerpo y luego capta su señal de respuesta. Estos equipos suelen ocupar una sala entera y costar como una buena casa. Ingenieros de varios laboratorios han decidido crear un resonador que quepa en una maleta y han publicado todos los planos en acceso abierto.

Una esponja regada lentamente con una regadera se empapa por completo. Pero si le arrojas de golpe el mismo cubo de agua, el centro se moja y los bordes quedan casi secos. Así se comporta un material que absorbe energía de forma no lineal: cuanto más intenso es el flujo, más se queda atrapado en el punto de impacto. En este nuevo trabajo, esa imagen se convierte en un modelo mínimo.

La luz que atraviesa un vaso de agua turbia se debilita: parte de ella se absorbe. Así funcionan muchos instrumentos para analizar líquidos: miden cuánta luz se ha perdido y, con ello, deducen la composición. Pero si el líquido no es homogéneo, como una sopa con tropezones, un solo número no basta: hay que saber dónde se absorbió más.

Dos imágenes del mismo cerebro tomadas en momentos distintos se parecen a las fotos de una misma casa antes y después de una reforma. Para entender qué ha cambiado, se superponen y se observan las diferencias.

Un médico tarda años en aprender a reconocer enfermedades en imágenes cerebrales. Primero ve perfectamente los signos del envejecimiento, luego domina los tumores, y de repente empieza a confundirse con lo que sabía antes. Muchas redes neuronales se comportan de manera parecida: los conocimientos nuevos borran los antiguos.

La radioterapia es un golpe dirigido contra el tumor, pero cada disparo debe calibrarse al milímetro y a la fracción de segundo. El problema es que los dosímetros existentes son voluminosos, distorsionan el haz o requieren pausas para la lectura.

La red neuronal predice el futuro de un sistema, por ejemplo, cómo se arremolina el plasma en un campo magnético o cómo cambia un rostro en un video. Los errores son inevitables, y cuanto más lejos mira hacia adelante, más se acumulan. En el momento de la operación es imposible contrastar con la respuesta correcta: simplemente no existe.

El agua dentro de las fibras nerviosas no se mueve como en un vaso: choca constantemente contra las paredes de los axones (las prolongaciones largas de las células nerviosas).

Un flash fotográfico que se dispara en una milésima de segundo no calienta el objeto, a diferencia de uno normal que dura un segundo entero. En radioterapia se descubrió un truco similar: cuando la dosis de radiación se administra en milisegundos en lugar de minutos, los tejidos sanos sufren menos.

Cuando una onda de radio encuentra un edificio en su camino, no solo se refleja o se absorbe: lo rodea, igual que las olas del mar bordean una roca dejando agua tranquila detrás. En radiofísica, este fenómeno crea una sombra de radio: un patrón complejo de zonas de refuerzo y atenuación de la señal que los científicos llaman retrato de radio.

El volumen de datos de una sola tomografía computarizada es comparable a varias películas de larga duración. TCAM-Diff evita este cuello de botella: el programa comprime la imagen tridimensional en tres proyecciones de sombra, como un escultor reconstruye una estatua tridimensional a partir de siluetas en tres paredes.

Las imágenes de resonancia magnética de la próstata a menudo se parecen a fotos a través de un cristal sucio: ruido, contornos borrosos, curvatura por imperfecciones del campo. Los científicos comprobaron qué sucede si «lavamos» esa ventana: eliminar lo superfluo, corregir las distorsiones y alinear con precisión los diferentes tipos de escaneos.

En la sustancia blanca del cerebro, la señal viaja por los axones, largas prolongaciones de las neuronas envueltas en una vaina de mielina aislante. El agua llena el espacio dentro de los axones y también el exterior, en los estrechos intersticios entre las fibras.

Los estallidos rápidos de radio — pulsos de radio de milisegundos provenientes de lejanas galaxias — han sido un misterio durante mucho tiempo. Su energía colosal, comprimida en instantes, sugería cataclismos en estrellas de neutrones, posiblemente púlsares o magnetares.

Los orgánulos sin membrana — diminutas fábricas dentro de la célula — desafían los cánones habituales. Tomemos el nucléolo: aquí se sintetizan los ARN ribosómicos — largas cadenas, tejidas a partir de azúcares carbonados, ricos en grupos fosfato con oxígeno y cosidos por enlaces de hidrógeno, suspendidos en el entorno…

La luz de galaxias lejanas galaxias viaja miles de millones de años hacia nosotros, pero en el camino la invisible telaraña de materia oscura la dobla y distorsiona. Este efecto, predicho por Einstein en el marco de la relatividad general, se conoce como lente gravitacional.

Un microscopio ordinario es inútil cuando se trata de observar un virus individual con todo detalle. Es demasiado pequeño. Pero existe una herramienta que emite destellos miles de millones de veces más brillantes que la luz solar: el láser de rayos X de electrones libres.

En una pequeña placa de Petri hay una gota de líquido del tamaño de la cabeza de un alfiler. Un tomógrafo convencional ni siquiera la percibiría: la señal es demasiado débil. Pero si acercamos a la gota un diminuto sensor de campo magnético, la imagen cambia.

Los científicos hicieron que las ondas electromagnéticas se perdieran para siempre en un laberinto tridimensional de partículas metálicas. Antes esto solo se lograba con el sonido o los electrones. La entropía —medida del caos— actuó aquí como un callejón sin salida: las ondas se superponían y se anulaban mutuamente, perdiendo dirección.

Una linterna dispersa la luz en un haz ancho, mientras que un láser emite un rayo estrecho que revela los detalles más pequeños. En la resonancia magnética (RM), el papel de ese rayo lo desempeña el gradiente: un cambio rápido del campo magnético a lo largo del cuerpo.

Para mirar dentro del músculo, se irradia con ondas de radio en un campo magnético intenso — así funciona la resonancia magnética.

Una gota de tinta en un vaso de agua se dispersa rápida y uniformemente. Pero si el agua está aprisionada entre esferas densamente empaquetadas, la nube de tinta avanza lentamente y de forma caprichosa: rodea obstáculos, se atasca en cuellos estrechos. Así más o menos se mueven las moléculas de agua en el tejido vivo.

Un parque acuático con muchas piscinas conectadas por pasadizos estrechos. Los visitantes —moléculas de agua— chapotean dentro de cada piscina, pero de vez en cuando se trasladan a la contigua. En un tumor cerebral, esos "pasadizos" son canales proteicos en las membranas de las células. De su cantidad depende la rapidez con la que el agua se mueve entre las células.

Un faro lejano brilla por un instante más que una galaxia entera. Esto es una ráfaga rápida de radio: una señal misteriosa que llega desde las profundidades del cosmos. Algunas de ellas se repiten, y los astrónomos han notado una rareza: en tales ráfagas, la polarización (la característica que indica cómo la onda de radio está retorcida en el espacio) cambia rápidamente.

Un implante poroso cargado con fármaco funciona como una esponja que va cediendo lentamente la sustancia al líquido que lo rodea. Pero si el líquido fluye rápido, arrastra el fármaco de manera distinta que en un entorno tranquilo. Los autores calcularon por ordenador cómo las distintas velocidades de flujo y las propiedades de la estructura porosa afectan a la liberación del fármaco.

Una película magnética de unas decenas de átomos de espesor almacena información mediante diminutos vórtices magnéticos. Pero no se puede mirar dentro y ver esos vórtices directamente: el instrumento solo detecta el débil campo magnético alrededor de la película.

El cerebro es una fortaleza. Lo protege una capa densa de células que solo deja pasar las sustancias necesarias. Los medicamentos no pueden atravesar esta barrera, por eso muchas enfermedades cerebrales son tan difíciles de tratar. Los científicos han encontrado una manera de entreabrir las puertas de la fortaleza.

El cirujano extirpa un tumor de mama, pero ¿cómo saber si no ha quedado ninguna célula enferma en el borde? Hoy en día, el tejido se envía al laboratorio y la respuesta tarda varios días. Si el borde no está limpio, se necesita una segunda operación. El nuevo método promete dar la respuesta directamente en el quirófano, mientras la paciente aún está en la mesa.

La roca cálida y la arena fría se enfrían de manera distinta por la noche. Un instrumento en órbita alrededor de Marte mide ese calor, y con él se puede saber de qué está hecha la superficie: polvo suelto, costra densa o roca. Pero las imágenes térmicas tienen una resolución de 100 metros por punto: un estadio de fútbol entero cabe en un solo píxel.

Una película delgada para una batería solar o una pantalla es como una multitud apretada en una plaza: cada persona está girada hacia un lado, y de hacia dónde miran todos depende si la luz atraviesa la multitud o se queda atascada. En la electrónica orgánica, el papel de los transeúntes lo juegan las moléculas.

El dedo es un sensor vivo: bajo la piel, las arterias laten al ritmo del corazón. Los tensiómetros comunes comprimen el brazo y dan un solo número, pero este anillo, con ocho electrodos, hace pasar una corriente débil y, según cómo atraviesa los tejidos, construye una imagen del flujo sanguíneo.

Una ciudad donde las calles no son rectas, sino sinuosas, con callejones sin salida y pasadizos ocultos. Un mensajero en bicicleta tardará mucho más en entregar un paquete que en una ciudad con una cuadrícula regular de calles. Así ocurre con las moléculas dentro del tejido vivo: su recorrido depende de lo 'enmarañada' que esté la estructura del tejido.

En un disco de gas y polvo alrededor de una estrella joven, las partículas de polvo se comportan como granos de arena en una corriente de agua: el gas fluye más rápido, el polvo se queda atrás y entre ambos surge fricción. Esa fricción puede hacer oscilar las ondas magnéticas que recorren el disco.

Una cámara normal capta la luz reflejada por los objetos y con ella forma una imagen. Pero si el objeto está oculto tras un obstáculo o no refleja la luz, las ondas de radio vienen al rescate: atraviesan paredes y niebla, y una computadora reconstruye la imagen a partir de las señales dispersas.

Los biólogos suelen marcar las células con moléculas luminosas, como buscar una lucecita tenue en el humo. La luz se apaga rápido y el humo genera interferencias.

Un microscopio óptico común se topa con un límite: no distingue dos puntos si están a menos de 200 nanómetros, aproximadamente el grosor de una burbuja de jabón dividido por cien. Para ver más allá, los científicos hacían que las moléculas de la muestra parpadearan o se desvanecieran, pero esos trucos son lentos y dañan las células vivas.

En la superficie de una fina película de óxido de bismuto-hierro se ven franjas regulares, como surcos en un campo arado. Lo que ocurre debajo ha sido hasta ahora un misterio.

En el hospital, la sangre del dedo suele ir al laboratorio y el resultado llega al día siguiente. El nuevo método promete reducir este proceso a unos minutos. En lugar de captar la luz reflejada por la muestra, lee el voltaje eléctrico que se genera en la interfaz entre dos medios, como un leve cosquilleo al tocar una pila con los dedos húmedos. Esta señal resultó ser sorprendentemente estable y precisa.