Ojo del cíclope: el Gran Telescopio Canarias

Encaramado en la dorsal de una sierra que se eleva 2400 metros sobre el terreno circundante, el Gran Telescopio Canarias destaca entre los otros domos del Observatorio del Roque de los Muchachos como un hongo gigante en un campo de champiñones con su cúpula plateada que espejea al sol de la isla española de La Palma, en el archipiélago de las Canarias.

La estructura, alta como una catedral, pero más espaciosa, alberga uno de los telescopios más grandes del mundo. El ojo ciclópeo del Gran Telescopio Canarias es un espejo de 10.4 metros de diámetro, dividido como un mosaico en 36 segmentos hexagonales de 470 kilos cada uno. Están hechos de Zerodur, cerámica vitrificada que resiste sin deformarse apreciablemente los cambios de temperatura. Sus superficies han sido aluminizadas y pulidas hasta un límite de error de 15 nanómetros, lo que significa que se desvían de la forma planeada en menos de un tresmilésimo del diámetro de un cabello. Construir el telescopio y el edificio les ha llevado nueve años –sin contar planeación y diseño—a los científicos y técnicos de cuatro instituciones: el Instituto de Astrofísica de Canarias (del Ministerio de Ciencia e Innovación de España), la Universidad de Florida, el Instituto Nacional de Astrofísica, Óptica y Electrónica, de México, y el Instituto de Astronomía de la Universidad Nacional Autónoma de México.

De la luz de los objetos celestes que llega a la Tierra se puede extraer mucha información. Pero esa información se enreda y se hace difícil de leer cuando la luz atraviesa la atmósfera del planeta: las nubes, las corrientes y los continuos cambios de temperatura que agitan las capas de aire llenan de borrones las interesantes historias que vienen escritas en esa luz. Por eso los telescopios terrestres se construyen en tierras altas y sitios de buen clima, donde la turbulencia atmosférica es mínima. Las cimas áridas de los volcanes y calderas de las islas Canarias son una de las mejores ubicaciones del mundo para la astronomía. El texto llega a tierra con menos erratas y en una plana menos arrugada.

Pero arrugas sigue teniendo. Para corregirlas, los instrumentos del Gran Telescopio Canarias se equiparán con un sistema de óptica adaptativa. Una computadora analiza la imagen una estrella de referencia elegida entre las que se vean en el campo de observación. A partir de este análisis, la computadora calcula correcciones 700 veces por segundo y las transmite a un sistema de pistones, llamados actuadores, que aplican presión en distintos puntos de los espejos para deformarlos ligeramente, como un plano de agua erizado por el viento. La óptica adaptativa suprime las distorsiones de la atmósfera. Hoy en día, los telescopios terrestres equipados con esta tecnología novedosa no les piden nada a los telescopios espaciales, e incluso llegan a superarlos en algunas tareas.

Si el espejo primario del telescopio es como la pupila del ojo del cíclope –un verdadero abismo abierto a la luz del cosmos— los instrumentos de observación son la retina que capta la luz y la analiza para extraerle la información que se desee. El primer instrumento del Gran Telescopio Canarias es un aparato analizador de luz llamado OSIRIS, que desarrollaron en conjunto el Instituto de Astrofísica de Canarias y el Instituto de Astronomía de la UNAM. Con OSIRIS se puede leer en la luz datos como la composición química del objeto que la emitió, la distancia a la que éste se encuentra y la velocidad con la que se acerca o se aleja de la Tierra. Con estas capacidades, el tiempo de observación del Gran Telescopio Canarias –asignado a diversos grupos de investigación que sometieron propuestas para aprobación de un comité especial— estará dedicado a observar estrellas formándose entre la bruma de inmensas nubes de gas en otras galaxias, buscar planetas girando alrededor de otras estrellas de nuestra propia galaxia –sobre todo planetas parecidos al nuestro— analizar sus atmósferas para ver si pueden albergar vida, caracterizar esa misteriosa sustancia llamada materia oscura que moldea las galaxias y quizá la estructura misma del cosmos, y a explorar las regiones más remotas que se pueden ver con un telescopio terrestre, que son también las más antiguas, para reconstruir mejor la historia de la formación del universo.

Si quieres usar el GTC, tienes que ser de una institución española, mexicana, o de la Universidad de Florida. Luego tienes que presentar un proyecto de observación que diga qué quieres observar y para qué, así como instrucciones precisas para hacer la observación necesaria (que incluyan las condiciones en las que conviene llevarla a cabo). Un comité evalúa tu proyecto. Si lo acepta, se te asigna tiempo de telescopio, aunque no en fechas fijas: tu observación se va haciendo según se vayan presentando las condiciones adecuadas tanto de estado del tiempo, como de gestión del telescopio. Puedes viajar a Canarias para hacer tu observación. El GTC, como todo observatorio, tiene instalaciones para albergar investigadores --una especie de hotel astronómico. O bien, puedes dejar que los técnicos del observatorio hagan tu observación. Los datos se guardan en el servidor del GTC y los puedes usar exclusivamente durante cierto tiempo, al cabo del cual los datos pasan al dominio público. Eso sí: cuando publiques tu investigación, no debes olvidar dar crédito. Se recomienda que, en una nota, pongas "esta investigación se llevó a cabo con datos obtenidos por medio del Gran Telescopio Canarias".

Hace 400 años, en 1609, Galileo Galilei oyó hablar por primera vez de un aparato que se vendía en las ferias y mercados de Holanda. Era un tubo metálico con lentes en los extremos que servía para ver cercanas las cosas lejanas. Sin tener uno a mano, Galileo se puso a reflexionar y a hacer pruebas. Al cabo del tiempo construyó su propio anteojo, como se llamaba entonces el aparato. Luego lo fue perfeccionando y a principios de 1610 lo dirigió al cielo. Con esto, el telescopio dejó de ser un juguete con posibles aplicaciones militares y se convirtió en instrumento para la investigación científica. El Año Internacional de la Astronomía, que estamos celebrando en 2009, conmemora este acontecimiento.

Lo que vio Galileo en el cielo nocturno podría ser motivo de otra historia. La que contaremos hoy es la del más reciente heredero del instrumento de observación astronómica más avanzado del siglo XVII: el más avanzado de hoy, que se inauguró esta mañana con la presencia de los reyes de España, de representantes de la comunidad astronómica internacional, de los directores de las instituciones participantes, y en particular del rector, José Narro Robles, y del director del Instituto de Astronomía de la UNAM, José Franco. No me puedo imaginar mejor manera de celebrar el Año Internacional de la Astronomía y los 400 años de la introducción del telescopio como herramienta para el conocimiento.

Hoy en TV UNAM

La mañana de hoy se inauguró el Gran Telescopio Canarias, en España. A las 10 de la noche de hoy (viernes 24 de julio) TV UNAM (canal 255 de Sky y 411 de Cablevisión, México) transmite la inauguración, con entrevistas y comentarios. El presentador del programa es un servidor de ustedes (o sea, yo). Más información sobre el telescopio y la investigación que impulsará en la entrada del próximo martes.

Neuronas unidas

Todos manejamos nuestras computadoras, lectores de DVD y teléfonos celulares como unos virtuosos, o por lo menos como unos expertos. Eso no quiere decir que entendamos cómo funcionan.

Detrás de las teclas y botones que usamos para comunicarles a estos aparatos lo que queremos que hagan, se encuentra un laberinto de circuitos electrónicos tan populosos y activos como una metrópolis, e igual de complicados. Si de verdad quisiéramos entender nuestras prótesis digitales, habría que seguirles la pista a cada uno de los miles de millones de electrones que transitan por las calles de la ciudad electrónica. Es su actividad concertada la que da como resultado las funciones de la computadora, el DVD y el celular. Los que no somos expertos en informática no nos imaginamos siquiera los procesos que ponemos en marcha al oprimir una simple tecla para poner en un texto un punto y aparte como éste.

Según la visión científica de las cosas, pasa lo mismo con la mente y el cerebro. La mente es la parte visible y aproximadamente controlable del funcionamiento de un aparato complicadísimo llamado cerebro. Hay, pues, dos formas de entender esta pareja: desde "arriba", como quien conoce todas las funciones de su Blackberry sin entender los detalles electrónicos e informáticos, y desde "abajo", construyendo el funcionamiento del aparato a partir del comportamiento colectivo de sus elementos más pequeños. Podríamos decir que la psicología estudia la mente desde arriba y la neurofisiología (y disciplinas aledañas) estudian el cerebro desde abajo.

¿Por qué tendría que haber dos perspectivas para estudiar fenómenos complicados como el cerebro y la mente? Porque, en general, una multitud no se comporta igual que un individuo. Basta pensar en la gente: no se espera lo mismo de una persona que de una sociedad. O bien, piensen en las cosas muy distintas que hacen un grano de arena y una duna; o una molécula de agua y el mar. Los fenómenos que surgen de la colectividad, y que no están implícitos en las características de los individuos, se llaman fenómenos emergentes. La sociedad con todas sus vicisitudes -la cultura, el crimen, la política- es un fenómeno emergente. También lo son las olas y las tormentas de arena.

Y la mente.

Los científicos ya no consideran la mente como un soplo divino que se insufla desde afuera a la materia corporal --como un alma eterna impresa pasajeramente en un cuerpo mortal--, sino como un fenómeno que emerge (en el sentido del párrafo anterior) del funcionamiento colectivo de miles de millones de neuronas. Así pues, una forma de explorar los misterios de la mente es seguirles la pista a las neuronas individuales que componen el cerebro. Las neuronas son las unidades elementales del cerebro. Cada neurona está conectada con muchas otras para formar circuitos muy complejos. Uno de estos es la columna neocortical de los mamíferos, una especie de procesador unitario que funciona aproximadamente como un elemento de una red de computadoras. La corteza cerebral de todos los mamíferos --desde ratones hasta personas-- está organizada en columnas neocorticales. La corteza es la capa externa del cerebro, donde residen las funciones más complicadas, desde el movimiento voluntario hasta la memoria y, en las personas, el lenguaje. La única diferencia entre las cortezas de una especie y otra es el número de columnas y la cantidad de neuronas que componen cada columna. La corteza de los humanos está dividida en cerca de medio millón de columnas neocorticales de unas 60,000 neuronas cada una.

El proyecto Blue Brain, dirigido por Henry Markram, de la Escuela Politécnica Federal de Lausana, Suiza, es el primer intento de simular el funcionamiento de la columna neocortical neurona por neurona. Para eso, Markram y sus colaboradores usan una supercomputadora y un software que simula las interconexiones de las 10,000 neuronas de una columna neocortical de ratón. Para calibrar este modelo de cerebro, el equipo compara su funcionamiento con el de una lámina de tejido cerebral vivo de ratón, el cual se observa por medio de un microscopio especial. Por supuesto, un modelo sólo puede modelar lo que sabemos acerca de las neuronas individuales, pero Markram et al. cuentan con que este conocimiento baste para revelar cosas interesantes acerca del comportamiento emergente del cerebro.

Y así ha sido. En el modelo, que se visualiza en una pantalla, las neuronas individuales, respondiendo a los estímulos de sus vecinas, se organizan espontáneamente y producen patrones de actividad muy semejantes a los que se observan en el tejido vivo. Estos patrones de comportamiento colectivo de las neuronas dan lugar a las funciones elevadas del cerebro: memoria, toma de decisiones, movimientos voluntarios... Pese a que el modelo es relativamente sencillo (aún no toma en cuenta las reacciones químicas a las que se debe la respuesta de las neuronas), sus neuronas artificiales se coordinan solas; hay en su actividad un orden que no impusieron los programadores, un orden emergente. Markram y amigos están muy contentos y se preparan para la siguiente fase del experimento: programar la química de las neuronas para explorar un nivel aún más fundamental del funcionamiento del cerebro y la mente.

Dice Markram: "Queremos entender cómo aprende el cerebro, cómo percibe, cómo emerge la inteligencia". ¿Con un cerebro de ratón? Sí. Después de todo, los fenómenos emergentes dependen críticamente de la cantidad de procesos individuales que los componen. Pongan ustedes muchas moléculas de agua y obtendrán una gota; pero miles de millones de gotas hacen un océano, que es una cosa más compleja, con un comportamiento más rico. Markram y su equipo --así como la mayoría de los entendidos-- dan por sentado que el cerebro del ratón y el de una persona difieren como la gota de agua y el océano: en complejidad, no en esencia.

Flautas prehistóricas

Un piano abandonado que nadie ha tocado en años suena mal. Al parecer no es el caso de las flautas abandonadas, incluso cuando nadie las ha tocado en los últimos 35,000 años.

Ése es el tiempo que llevaban sin sonar varias flautas de hueso y de marfil que encontró el equipo del arqueólogo Nicholas Conard en la cueva de Hohle Fels y el sitio de Vogelherd, cerca de Ulm, Alemania. Conard y sus colaboradoras, Maria Malina y Susanne Münzel -los tres de la Universidad de Tubinga, Alemania- reportan el hallazgo en un artículo publicado en la revista científica Nature el 24 de junio de 2009. Se trata de una flauta de hueso de buitre casi completa y trozos de tres flautas de marfil. Los instrumentos tienen aún las estrías y muescas que quedaron de un delicado proceso de fabricación.

¿Quién las fabricó? Eso se sabría si en el sitio hubiera huesos humanos. Como no los hay, los investigadores se han visto reducidos a suponer que los fabricantes fueron humanos modernos. Los Homo sapiens convivieron por esa época con los humanos de Neanderthal. Los neandertales son una especie distinta, primos nuestros que se extinguieron hace unos 30,000 años. No eran tan distintos a nosotros. Hay quien ha alegado que un neandertal limpio y afeitado con saco y corbata pasaría inadvertido, digamos, en la Cámara de Diputados de México, aunque no sé si con el comentario se quiso ilustrar algo acerca de los neandertales, o acerca de los diputados mexicanos...

La flauta de hueso mide 21 cm y tiene cinco agujeros. Conard y sus colaboradoras encontraron cinco muescas muy delgadas, que ellos interpretan como marcas hechas por el constructor para indicar dónde deben ir los hoyos antes de perforarlos. De la flauta completa no se ha hecho réplica, pero a partir de los sonidos de otros instrumentos de la cueva Hohle Fels los investigadores deducen que esa flauta tiene posibilidades musicales comparables con las de algunas flautas modernas.

La antigüedad la dan varios indicios arqueológicos, como la profundidad donde se encontraron las flautas, la composición de los depósitos en que estaban encastradas y las características de los otros artefactos que se encontraron en las proximidades, así como las pruebas de carbono radiactivo. Conard, Malina y Münzel calculan que las flautas de Hohle Fels fueron talladas por un artesano prehistórico hace 35,000 años. Esto las convierte en los instrumentos musicales más antiguos que conocemos, con 5,000 años más que los más antiguos que se conocían antes.

Cerca de las flautas hay restos de huesos quemados, además de una figurita femenina tallada, lo que sugiere que la música en Hohle Fels quizá se usaba en rituales, aunque también puede ser que se empleara como distracción.

He aquí una muestra del sonido de una flauta prehistórica, aunque no de éstas recién encontradas..