Los clubs exclusivos de hubs en el cableado neuronal del cerebro

“Un concentrador o hub permite centralizar el cableado de una red; recibe una señal y repite esta señal emitiéndola por sus diferentes puertos.” Ciertas regiones del cerebro actúan como hubs que están muy interconectados entre sí; según un nuevo estudio de van den Heuvel y Sporns los grupos de hubs muy bien interconectados se comportan como clubs exclusivos y son cruciales para una comunicación eficiente entre las neuronas del cerebro. Nos lo ha contado Katherine Whalley, “Neuronal networks: In the rich club,” Nature Reviews Neuroscience 13: 3, January 2012, quien se hace eco del artículo técnico de Martijn P. van den Heuvel, Olaf Sporns, “Rich-Club Organization of the Human Connectome,” The Journal of Neuroscience 31: 15775-15786, 2011.  Me enteré de estos artículos gracias a Xurxo Mariño (@xurxomar) a quien agradezco su labor.

Los autores realizaron imágenes corticales de 21 individuos sanos y estudiaron la conectividad estructural de dichas regiones (68 corticales y 14 subcorticales, que fueron divididas en 1170 parcelas). Aplicando técnicas de la teoría de grafos red descubrieron un conjunto de 12 regiones que están más densamente interconectadas entre sí que cualquier otro conjunto de regiones del cerebro y al que casi todas las otras regiones examinadas están conectadas. Estas regiones presentan funciones fundamentales para el cerebro y cualquier “ataque” que dañe los ganglios en estas regiones tiene un efecto mucho mayor que cualquier otro ataque al azar, lo que podría ofrecer pistas sobre cómo ciertas enfermedades afectan al funcionamiento general del cerebro.

Atención, pregunta: Por qué tus amigos tienen más amigos que tú

La estadística tiene estas paradojas. Eran dos y uno se comió un pollo; la estadística dice que cada uno disfrutó de la mitad. Aprovecha una fiesta con tus amigos para hacer este experimento. Pídale a cada uno de ellos que escriba cuántos amigos tiene. No importa quien seas o quienes sean tus amigos, lo más probable es que descubras que tus amigos, en promedio, tienen más amigos que tú. ¿Cómo es posible? La amistad es una relación simétrica, si X es amigo de Y, entonces Y es amigo de X. ¿Cómo es posible que Y y otros amigos de X tengan más amigos que X? Este experimento fue ideado por el sociólogo Scott L. Feld (ahora en la Universidad de Purdue) que nos pone un ejemplo sencillo, las ocho niñas de la figura. Betty tiene una sola amiga (Sue), pero Sue tiene cuatro amigas (Betty, Alice, Pam y Dale). En promedio, estos ocho niñas tienen 2,5 amigas, pero los amigos de estas ocho niñas (que son ellas mismas) tienen en promedio tres amigas. El artículo técnico es “Why your friends have more friends than you do,” American Journal of Sociology 96: 1464-1477, 1991 [copias gratis]. Me lo ha recordado la relectura de Satoshi Kanazawa, “Why Your Friends Have More Friends Than You Do. And why your girlfriend is a whore,” The Scientific Fundamentalist, November 1, 2009.

Si uno lo piensa un momento, el origen de esta aparente paradoja es trivial, ¿es la estadística, tonto! (parafraseando a la campaña presidencial de Bill Clinton en 1992 y su famoso «the economy, stupid»). Sin embargo esta idea tan simple no se le ocurrió a nadie antes de Feld. Tú tienes más probabilidades de ser amigo de alguien que tiene más amigos que tú, que de alguien que tiene menos. Imagina una reunión con 12 personas que tienen un solo amigo entre ellos que tiene 12 amigos y en la que hay una sola persona que tiene un amigo con un solo amigo. Al calcular el número promedio de amigos que tiene una persona el número 12 aparece una sola vez. Sin embargo, al calcular el número promedio de amigos que tienen los amigos de una persona concreta, el número 12 aparecerá 11 veces, por lo que este número siempre será mayor que el primero.

Una variante de esta paradoja es ¿por qué tu primera pareja es más promiscua que tú? Muchos hombres se deprimen después de tener sexo con una mujer por primera vez, cuando ella les confiesa que ha tenido más amantes antes que él. La razón es la misma, la puñetera estadística. Imagina de nuevo que hay 12 hombres que han tenido una amante que ha tenido (o tendrá) 12 amantes, pero solo hay un hombre que ha tenido una amante que ha tenido un solo amante. Cada hombre ha de estar agradecido, ya que la razón por la que ella llegó a ser su amante es porque ella ha tenido (o casi seguro tendrá) muchos amantes. Para este hombre es 12 veces más probable tener relaciones con esta mujer que con una mujer que solo ha tenido un amante. Paradójicamente, si tu pareja solo tuvo un amante, probablemente no seas tú. Y si tu pareja no ha tenido ningún amante, con toda seguridad no eres tú.

También hay una variante intergeneracional: “¿Por qué nuestras madres tenían más hijos que otras mujeres de su generación?” Te dejo que hagas el razonamiento por tu propia cuenta. Y hay muchas variantes, si piensas un poco descubrirás muchas; usa los comentarios para sorprendernos.

Hoy “Atención, pregunta” es un “Piensa, comenta.”

Por cierto, aprovecha estas fiestas para hacer experimentos con tus amigos y familia. No tienen que ser experimentos sociológicos, también pueden ser experimentos físicos, como los de Richard Wiseman (los he visto tantas veces y en tantos lugares que no dónde los descubrí por primera vez; Google me indica que han vuelto a aparecer en Menéame).

La informática en España desde el punto de vista de la excelencia de los profesores de las áreas ATC, CCIA y LSI

Uno de nuestros lectores nos ha regalado en Navidad el enlace al informe de Alfonso Ibáñez, Concha Bielza y Pedro Larrañaga, “Productividad y Visibilidad Científica de los Profesores Funcionarios de las Universidades Públicas Españolas en el Área de Tecnologías Informáticas,” Universidad Politécnica de Madrid, Septiembre 2011[280 pp.]. Yo no conocía este documento que estudia la situación actual de la investigación en las áreas de conocimiento Arquitectura y Tecnología de los Computadores (ATC), Ciencia de la Computación e Inteligencia Artificial (CCIA) y Lenguajes y Sistemas Informáticos (LSI). El informe solo estudia las publicaciones en revistas JCR en las áreas de “Computer Science” aunque muchos profesores (como yo, que soy profesor titular en CCIA en la UMA) no publicamos en este área (por ejemplo, yo solo tengo 8 artículos en CS, cuando tengo 18 en matemática aplicada y 10 en física).

El análisis divide a los profesores TIC en España en cinco categorías en función de cinco 5 características básicas: Productividad o documentos publicados (publicaciones), Visibilidad o citas recibidas (citas), Individualidad o productividad y visibilidad ponderadas por autores (hi-index), Innovación o creación de nuevo conocimiento (c-index) y Vanguardismo o publicaciones recientes y citas recientes (hc-index). En la categoría de máxima excelencia hay 12 profesores, de los cuales 9 son catedráticos de universidad (CU) y 3 son titulares de universidad (TU); para mí lo más curioso es que entre estos 12 profesores hay 8 en CCIA, 2 en LSI y 2 en ATC. Aunque el informe es anónimo, los que trabajamos en ATC o CCIA o LSI podemos poner nombre y apellidos a esos 9 CU y 3 TU; yo incluso me atrevería a poner cara a cada uno de ellos. Pero si alguien tiene dudas, que mire de qué universidades son en la siguiente figura.

Los interesados en las métricas bibliométricas que distinguen la categoría a la que pertenece un profesor pueden consultar la siguiente tabla. ¿Eres profesor de ATC o CCIA o LSI? ¿A qué categoría perteneces? En tu mano está calcularte las métricas.

El informe presenta muchos otros datos de interés que os animo a consultar por vuestra mano. Yo me he centrado en mi área de conocimiento CCIA, por razones obvias.

Entre el genio y la locura: Georg Cantor, Ludwig Boltzmann, Kurt Gödel y Alan Turing

“Dangerous Knowledge” es un documental de la BBC presentado por David Malone que nos recuerda la vida de cuatro matemáticos (Georg Cantor, Ludwig Boltzmann, Kurt Gödel y Alan Turing) que vivieron entre el genio y la locura. La primera parte (arriba) se centra en la vida de Cantor y Boltzmann, y la segunda parte acaba la de Boltzmann y recorre las de Gödel y Turing. Si tenéis una hora y media y os gusta la historia de la ciencia, y del genio humano, os gustará este documental.

Fernando Sanford, el español que emuló a Tesla e inventó la fotografía Kirlian en 1891

La fotografía Kirlian debería llamarse fotografía Sanford, pues el español Fernando Sanford descubrió el mal llamado “efecto Kirlian” en 1891. El trabajo de este científico español, el Nikola Tesla español, buscó minimizar el “efecto Sanford” hasta hacerlo desaparecer, pues para él era un defecto de su técnica de “fotografía eléctrica.” No lo logró y murió sin saber que el ruso Semyón D. Kirlian redescubrió este efecto en 1939. Kirlian se dedicó a tratar de exagerar las propiedades de este efecto en lugar de minimizarlas; hoy en día, la “fotografía Kirlian” está rodeada de  un contexto pseudocientífico y el trabajo de Fernando ha quedado en el olvido. Este genial español estudió en Alemania durante dos años junto a Hermann von Helmholtz y luego emigró a EE.UU. para formar parte del grupo de profesores fundadores de la Universidad de Stanford en 1891. La fotografía eléctrica es una “técnica fotográfica sin luz” que Fernando publicó en Physical Review en 1894; su trabajo se basó en un dispositivo previo inventado en 1891 por F. J. Smith. llamado “inductoscript.” La fotografía de una moneda que abre esta entrada, extraída del artículo original de Sanford en 1894, parece calcada de una de las fotografías más famosas del ruso, que aparece abajo.

Fernando Sanford dice en su artículo original que en sus primeros experimentos obtuvo una imagen negativa sobre un pedazo de papel de bromuro colocado entre dos electrodos metálicos, pero que no se le ocurrió fotografiar una moneda hasta que leyó un artículo de W. B. Crofts en 1892. La técnica de fotografía eléctrica de Sanford tenía el gran defecto de que todos los objetos fotografiados mostraban un “aura.” Él creía que este “aura” era debida a que hay “cargas eléctricas en todos los cuerpos que escapan por sus bordes.” Durante varios años trató de eliminar este efecto recubriendo los objetos que fotografiaba mediante un aislante dieléctrico, pero que nunca llegó a eliminarlo de forma definitiva. Por ello, decidió abandonar esta línea de investigación y dedicarse a otros temas más productivos. Se cree que Nikola Tesla conocía los trabajos de Sanford y que trató de emularlos en su propio laboratorio.

Fuentes: Donald Clarence Laycock (Canberra Skeptics), “Skeptical, a handbook on pseudoscience and the paranormal,” Canberra Skeptics, 1989; Fernando Sanford, “Some experiments in electric photography,” Physical Review (Series I) 2: 59–61, 1894; y “Kirlian Photography,” Wikipedia.

Vídeos youtube educativos realizados por alumnos de física

Estos vídeos han sido realizados por estudiantes de física de Río de Janeiro como parte de sus prácticas de una asignatura de Física Audovisual. Una bonita iniciativa que pueden imitar muchos docentes de física de universidades e institutos de bachillerato y enseñanza secundaria. Unos vídeos están mejor, otros peor, pero en todos se ha puesto mucha ilusión, así que en Navidad os pido que los visitéis (algunos han sido muy poco visitados a día de hoy); para todos los autores la mejor recompensa a su trabajo serán unas cuantas visitas de lectores de la Ciencia de la Mula Francis en Navidad. ¡Qué los disfrutéis! Sus profesores ya han disfrutado de un artículo publicado en una revista internacional: Marcus Vinicius Pereira, Susana de Souza Barros, Luiz Augusto C de Rezende Filho, Leduc Hermeto de A Fauth, “Audiovisual physics reports: students’ video production as a strategy for the didactic laboratory,” Physis Education 47: 44-51, 2011.

El lanzamiento de huesos de cerezas y la mecánica de la lengua del camaleón

Se puede lanzar un hueso de cereza con los labios o con los dedos, hay incluso concursos. La mecánica del lanzamiento de huesos de cereza con los dedos resulta ser muy similar a la utilizada por el camaleón para proyectar su lengua contra un insecto, como nos aclaran los físicos eslovenos Gorazd Planinsic y Andrej Likar en “Speed, acceleration, chameleons and cherry pit projectiles,” Physics Education 47: 21-27, 2012.

El modelo matemático que han desarrollado estos físicos eslovenos es muy sencillo, como muestra la figura de abajo. Los parámetros geométricos del hueso de cereza se pueden medir directamente, pero las fuerzas aplicadas con los dedos requieren ajustar el movimiento resultante con el observado en vídeos de alta velocidad, como el mostrado en la figura de arriba. El modelo puede ser utilizado por profesores de física como ilustración en sus clases. Si el modelo es correcto, la mayor parte de la energía almacenada en los músculos se transforma en energía cinética para los dedos; de esta energía cinética la mayor parte se transforma en calor y solo una pequeña fracción es transformada en energía cinética para el hueso de cereza.

Para qué puede servir un modelo del lanzamiento de un hueso de cereza. Estos físicos eslovenos nos indican que las analogías físicas permiten reutilizar el modelo para entender múltiples sistemas físicos y nos ponen el ejemplo de la mecánica del lanzamiento de la lengua en los camaleones. 

La lengua del camelón contiene una punta pegajosa, unos músculos retractores y unos músculos aceleradores. Estos últimos tienen forma cilíndrica y se pueden contraer de forma radial apretando un cilíndro hueco que recubre un apéndice óseo llamado asta del hioides (o cuerno del hioides); la compresión de este cilindro hueco desde la punta del asta el hioides hasta la base de la lengua gracias a los músculos aceleradores lanza la lengua hacia adelante. La figura de abajo ilustra la anatomía en detalle, extraída del artículo de Ulrike K. Müller, Sander Kranenbarg, “Power at the Tip of the Tongue,” Science 304: 217-219, 9 Apr. 2004.

Desde un punto de vista mecánico la lengua del camaelón funciona por el mismo principio físico que el lanzamiento de un hueso de cereza, con la excepción de que en este caso el músculo que acelera la lengua es impulsado hacia la presa, en lugar de los dedos que permanecen en reposo. Tras alcanzar la presa, los músculos retractores se encargan de recoger la lengua pegada a un delicioso bocado, en caso de acierto, claro.

Regalo de Navidad: Sir David Attenborough at Royal Institution Christmas Lectures 1973

Vídeo completo en la Royal Institution: Beware!

Vídeo completo en la Royal Institution: Be mine!

Vídeo completo en la Royal Institution: Parents and Children

 Vídeo completo en la Royal Institution: Foreign Languages

 Vídeo completo en la Royal Institution: Animal Language, Human Language

 Vídeo completo en la Royal Institution: Summary and Interview in 2011.

X Carnaval de Química: Adiós a la lavadora, el algodón con efecto “autolimpieza” se limpia solo con la luz del Sol

 

Algún día, lavar la ropa será tan fácil como tenderla al sol, gracias a las fibras de algodón con efecto “autolimpieza” (no es broma, es química). Las fibras de algodón recubiertas con una capa de dióxido de titanio dopado con nitrógeno y con otra de yoduro de plata, cuando reciben luz solar, emiten pares electrón-hueco que inducen reacciones de oxidación capaces de romper los compuestos orgánicos de la suciedad. El algodón funcionalizado con efecto “autolimpieza” gracias al titanio fue descubierto en 2005; desde entonces se ha intentado mejorar la eficiencia del proceso y sustituir la luz ultravioleta por luz solar. Tras importantes avances en 2009 y en 2010, los químicos chinos Deyong Wu y Mingoe Long han logrado cumplir con este objetivo. El nuevo artículo técnico es Deyong Wu, Mingce Long, “Realizing Visible-Light-Induced Self-Cleaning Property of Cotton through Coating N-TiO2 Film and Loading AgI Particles,” ACS Applied Materials & Interfaces, online Nov. 8, 2011; la figura de abajo está extraída del artículo de Noureddine Abidi, Luis Cabrales, Eric Hequet, “Functionalization of a Cotton Fabric Surface with Titania Nanosols: Applications for Self-Cleaning and UV-Protection Properties,” ACS Appl. Mater. Interfaces 1: 2141-2146, 2009. ¿Para cuándo le diremos el adiós definitivo a la lavadora?

PS: Esta entrada participa en la X Edición del Carnaval de Química, alojado en esta ocasión en el blog BioUnalm que nos brinda el biotecnólogo vegetal David Castro. Anímate y participa en la última edición del carnaval en el Año Internacional de la Química.