matriz de microelectrodos

Un radiotelescopio con miles de antenas se parece a un oído gigante que escucha todo el cielo a la vez. Pero el oído no sabe dibujar una imagen: las señales de cada par de antenas deben multiplicarse, y en una red de diez mil elementos ya hay cincuenta millones de pares. Un correlador clásico hace exactamente eso, y su complejidad crece como el cuadrado del número de antenas.

Células de un vaso sanguíneo se sembraron sobre una película transparente de 700 nanómetros de grosor, cien veces más fina que un cabello humano. Bajo la película se ocultan electrodos planos. Envían una corriente alterna débil y escuchan cómo cambia la resistencia.

Un estadio repleto de espectadores escucha por primera vez la voz del comentarista y, al instante, todo el estadio se pone en movimiento. El mensaje suena una y otra vez. Solo un puñado de personas en las filas cercanas reacciona. Algo similar ocurre con las redes neuronales en los organoides cerebrales, versiones en miniatura del cerebro cultivadas en laboratorio.

Un fino sándwich de dos materiales distintos. Se hace pasar una corriente eléctrica — y la capa superior se magnetiza en una dirección, mientras que la inferior lo hace en la opuesta. No es un truco, sino el efecto Edelstein de capas (del inglés layer Edelstein effect), que acaban de describir los físicos.

Una ciudad de noche: en algunas ventanas la luz está encendida, en otras está oscuro. Si se unen con líneas las ventanas que se iluminan al mismo tiempo, se obtiene una red de conexiones. Los investigadores estudiaron esa red en diminutos organoides cerebrales: agrupaciones vivas de células nerviosas cultivadas en laboratorio.

La estación base emite ondas de radio. Sin una boquilla especial, la antena actúa como una manguera de jardín abierta a tope: el agua sale en todas direcciones, pero solo una pequeña parte llega a las plantas. Los científicos crearon un sistema con dos redes neuronales.

Una neurona se parece a un instrumento musical complejo. Para entender cómo responderá al tacto, antes había que conectarse directamente a cada cuerda: un procedimiento delicado, lento y solo posible en células individuales.

El corazón a veces pierde el ritmo, como una orquesta en la que los violines de pronto empiezan a tocar cada uno por su cuenta. En estos casos, los cardiólogos buscan las zonas "desafinadas" leyendo las señales eléctricas del corazón y las cauterizan de forma puntual con una sonda fina: el catéter.

En el silencio absoluto hay que oír caer una pluma. Pero alguien no deja de hacer ruido con una bolsa. Para el observatorio espacial LISA, ese "ruido" serán las partículas cargadas procedentes del espacio.

Un ordenador cuántico se parece a una orquesta donde cada ion es un músico y los pulsos láser son las batutas del director. Pero basta con que alguien susurre en la sala para que la delicada melodía de los estados cuánticos se desafine.

Una neurona se parece a un circuito eléctrico con pilas y resistencias variables. El papel de las resistencias lo desempeñan los canales iónicos —poros proteicos en la membrana que se abren y se cierran, dejando pasar partículas cargadas.

En los archivos abiertos OpenNeuro y NEMAR se almacenan 791 registros de la actividad eléctrica del cerebro de casi cuarenta mil personas. En total, son 86 051 horas de señales, aproximadamente diez años de escucha continua.

Cuando el director abandona la orquesta, los músicos aún tocan un rato de memoria. Pero sin un ritmo común, cada uno empieza a acelerarse o frenarse por su cuenta, y la sinfonía coordinada se convierte en un ruido disperso. Algo parecido, según el nuevo estudio, hacen el cerebro y el corazón en las últimas horas de vida de una persona.

Una linterna ilumina el ojo y la retina responde con impulsos eléctricos, como un eco, pero de luz en lugar de sonido. Ese eco puede registrarse y revela cómo funcionan no solo el ojo, sino también el cerebro. Después de todo, la retina es un trozo de cerebro expuesto al exterior.

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.

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.

Una célula se parece a una casa con muchas puertas. Algunas puertas se abren solo para ciertos invitados; otras dejan pasar a cualquiera. Para entender cómo funcionan estas puertas, los científicos construyen modelos de ellas. El nuevo modelo es una placa de vidrio con 52 pozos diminutos. Cada pozo está cubierto por una película grasa finísima, como un frasco con su tapa.

Una colonia de células se parece a una ciudad que crece desde las afueras: las casas nuevas aparecen donde hay más espacio. Dentro hay hacinamiento y la construcción se detiene. Así, las células se dividen con más frecuencia en el borde, donde los vecinos las comprimen menos. Los científicos modelaron esto sin órdenes químicas, solo con mecánica.

Una hoja de papel normal parece blanca porque dispersa caóticamente todos los rayos. Pero el ala de una mariposa brilla en azul y verde sin una sola gota de pintura: su superficie está cubierta de surcos microscópicos que apagan unas ondas de luz y amplifican otras.

A veces se intenta ver la depresión en las ondas eléctricas del cerebro. La lógica es simple: si la enfermedad tiene etapas —aguda, de mantenimiento, recuperación—, entonces las señales deberían cambiar gradualmente, como el volumen al girar una perilla. Los científicos tomaron registros de EEG de 74 personas: 24 en fase aguda, 23 en fase de mantenimiento y 27 sanas.

La enfermedad de Alzheimer se parece a una madeja de hilos enredada: miles de genes se entrelazan y es difícil saber cuáles se rompen primero. Antes, los científicos buscaban genes importantes simplemente contando cuántas conexiones tenía cada nodo en la red. Pero ese enfoque es como evaluar a una persona por el número de conocidos: no siempre el más sociable resulta ser el más influyente.

Las moléculas ultrafrías son un material prometedor para la computación cuántica, pero reunirlas en un arreglo ordenado, como huevos en una caja, no es tarea fácil. Se ha propuesto un método para cargar moléculas una a una en pinzas ópticas o redes directamente desde el gas.

El electrocardiograma es como una cinta larga en la que el corazón deja su caligrafía. El médico la examina para detectar fallos del ritmo, pero cuando el registro dura varios días, la cinta se extiende por kilómetros. El ojo se cansa, la atención se dispersa y las alteraciones raras pero peligrosas pueden pasar desapercibidas.

Cada pensamiento deja una huella: un débil destello eléctrico en el cuero cabelludo. Un dispositivo con decenas de cables, parecido a un gorro de natación, capta esas huellas y las convierte en líneas onduladas. Con ellas se puede intuir lo que una persona siente, incluso si permanece en silencio.

Una célula cardíaca en una placa de Petri se contrae, y en ese instante una onda eléctrica recorre su superficie. Antes, para captarla, había que insertar en la célula una aguja-electrodo finísima. Ahora basta con mirarla bajo el microscopio. El método se llama registro electrocrómico.

Un transistor de grafeno funciona como un interruptor microscópico: cuando una molécula se posa en su superficie, la corriente cambia. Pero la superficie desnuda del grafeno no captura nada. Se necesita un 'cebo': anticuerpos que reconozcan solo las proteínas del virus.

Silencio en el quirófano. El cirujano introduce lentamente en el cerebro del paciente una aguja más fina que un cabello humano. En su extremo no hay una punta, sino un enrejado de novecientos sesenta micrófonos microscópicos. Cada uno escucha su diminuta porción de materia gris.

Las células humanas vivas, tomadas directamente del organismo, son el material más fiel para estudiar enfermedades y probar fármacos. Pero introducir en ellas material genético extraño es difícil: las células no reciben bien a los intrusos. Los métodos convencionales o dañan la célula o funcionan de manera desigual, sobre todo si la muestra es heterogénea —y casi siempre lo es.

Tras una inyección bajo la piel, el fármaco no se extiende simplemente como tinta en el agua. Las moléculas de anticuerpos llevan una carga eléctrica, y esta carga hace que interactúen con los tejidos circundantes, de manera similar a como un imán atrae o repele las limaduras de hierro.