Contenido - UNAM Campus Juriquillaneurociencias. Como se observa en la figura 1, en el INB se han...

No. 25 Julio - Septiembre 2013

Contenido

CONSEJO DE DIRECCIÓNDr. Raúl Gerardo Paredes Guerrero

Dr. Gerardo Carrasco NúñezDr. Ramiro Pérez Campos

Dr. Germán Buitrón MéndezDr. Juan B. Morales Malacara

Dr. Saúl Santillán GutiérrezDr. Luis Montejano Peimbert

COORDINADOR DE SERVICIOSADMINISTRATIVOS

Alejandro Mondragón Téllez

JEFE UNIDAD DE VINCULACIÓNJuan Villagrán López

CONSEJO EDITORIALRosa Elena López Escalera

Carlos M. Valverde RodríguezJuan Martín Gómez González

Iván Moreno AndradeEnrique A. Cantoral Uriza

Juan Villagrán López

DISEÑO Y FORMACIÓNI.S.C. Oscar L. Ruiz Hernández

GACETA UNAM JURIQUILLA Publicación trimestral editada

por la Unidad de Vinculación, Difusióny Divulgación Universitaria perteneciente a la Coordinación de Servicios Administrativos.

Boulevard Juriquilla No. 3001,Juriquilla, Qro.

MÉXICO, C.P. 76230

Certificado de reserva de derechos al uso exclusivo de título

No. 04 - 2013 - 041714461800 - 109 Impresión: Hear Industria Gráfica, Calle 1 No. 101, Zona Industrial Benito Juárez. C.P. 76120.

Tiraje: 2000 ejemplares

TELÉFONOS VINCULACIÓN(442) 192 61 31, 32 y 35

CORREO ELECTRÓ[email protected]

RECTORDr. José Narro Robles

SECRETARIO GENERALDr. Eduardo Bárzana García

SECRETARIO ADMINISTRATIVOIng. Leopoldo Silva Gutiérrez

SECRETARIO DE DESARROLLO INSTITUCIONAL

Dr. Francisco José Trigo Tavera

SECRETARIO DE SERVICIOS A LA COMUNIDAD

Enrique Balp Díaz

ABOGADO GENERALLic. Luis Raúl González Pérez

COORDINADOR DE LAINVESTIGACIÓN CIENTÍFICA

Dr. Carlos Arámburo de la Hoz

DIRECTOR GENERAL DE COMUNICACIÓN SOCIAL

Renato Dávalos López

UNAM

Campus Juriquilla

4pag.

Instituto de Neurobiología20 años

INB

Margarita Contreras [email protected]

Margarita Contreras es Doctora en Ingeniería (biosistemas) en estancia posdoctoral en el CFATA. Sus líneas de investigación están relacionadas con el estudio de propiedades fisicoquímicas y funcionales de materiales biológicos en especial de alimentos.

Carmen Aceves [email protected]

Carmen Aceves

Alejandro Carrillo-Chá[email protected]

Alejandro Carrillo es Ingeniero Geólogo con Maestría en Geología. Realizó su Doctorado en Geología en la Universidad de Wyoming, EUA. Es Investigador Académico Titular “B” del CGEO. Es autor o coautor de mas de 34 artículos académicos, 90 presentaciones en congresos nacionales e internacionales, 12 capítulos en libros, 1 libro. Es responsable de mas de 10 proyectos académicos y con la industria.

CGEO

Iván Santamaría-Holek [email protected]

Iván Santamaría-Holek, es Físico y Maestro por la UNAM y Doctor por la Universidad de Barcelona, España. Es Profesor Titular B de tiempo completo e Investigador Nacional nivel 2. Sus líneas de investigación son la termodinámica, el transporte de materia blanda y la mecánica estadística de no equilibrio

UMDI FC-J

Ixbalank Torres [email protected]

Ixbalank Torres es investigador posdoctorante del grupo de Teoría de Sistemas en la UAJ-II. Sus principales áreas de interés incluyen: modelización, optimización y control de procesos de tratamiento biológico de aguas residuales y producción de bioenergía, sistemas de adquisición de datos y control supervisorio, sistemas embebidos, redes de comunicaciones de datos y tecnologías de la información.

UAJ-II

Índice de autores

CFATA

Foto aérea de la UNAM Campus Juriquilla tomada en agosto del 2013

INB 20 añosLuis [email protected]

Luis Concha

INB - Instituto de Neurobilogía

Estructuras cristalinas en el nopal. 8pag.

CFATA - Centro de Física Aplicada y Tecnología Avanzada

Metales, minería y medio ambiente12pag.

CGEO - Centro de Geociencias

¿Cuántos pasos da una proteína motora antes de detenerse?

14pag.

UMDI-FC-J - Unidad Multidisciplinaria de Docencia e Investigación de la Facultad de Ciencias Juriquilla

Optimización de procesos de producción de bioenergía

16pag.

UAJ-II - Unidad Académica Juriquilla del Instituto de Ingeniería

Delicias y amargores de la resonancia funcional

18pag.

INB - Instituto de Neurobilogía

EDITORIAL

3www.campusjuriquilla.unam.mx

EDITORIAL

Consejo Editorial

Sentir, que es un soplo la vida ...

Este año es de celebración en la UNAM Campus Juriquilla; el hermano mayor, el Instituto de Neurobiogía (INB), cumple 20 años de haberse establecido en Querétaro. En este sentido, más que el onomástico en sí de este pionero, festejamos su consolidación como sitio de investigación y polo de desarrollo.

Se trata de un centro de investigación que se ha abocado al estudio científico del sistema nervioso. Si bien inicialmente las neurociencias nacieron como parte de la biología, actualmente el INB se caracteriza por ser uno de los centros que realizan investigación multidisciplinaria sobresaliente en el país, pues han conjuntado a la química, la informática, la ingeniería, la lingüística, las matemáticas y la medicina, incluso a la filosofía, la física y la psicología. Como consecuencia de esto, su campo de acción se ha ampliado considerablemente. Ello les ha llevado a incluir diferentes métodos de investigación para obtener regularidades que les permitan responder preguntas de aspectos moleculares, celulares, del desarrollo, de la estructura, de la función, de la evolución, y médicos del

sistema nervioso. Gracias a ello, no dejan de sorprendernos las imágenes de las tareas sensoriales y motoras en el cerebro que se generan. Ello sin abandonar los avances teóricos que han continuado en su materia prima, que son el estudio de las redes neuronales.

Uno de los cuestionamientos más comunes sobre la investigación en México es si ésta verdaderamente contribuye para el desarrollo del país. Ello se debe al desconocimiento de los aportes que ésta tiene, por lo que se minimiza su papel como motor de desarrollo para un país, especialmente cuando se trata de una universidad pública. Afortunadamente, con una inversión mucho más pequeña que lo que le cuesta al país mantener a una clase política, de la que si podemos cuestionar su preocupación por velar por los intereses y cuidados de la sociedad, dependencias como el INB justifican la inversión mediante frutos simplemente impresionantes. El reconocimiento que se le tiene al INB no sólo es nacional, sino también internacional. Los estudiantes ven como un gran reto ingresar a él, mientras

que los médicos lo reconocen como un espacio exigente, en el cual hay que estar bien preparado para desenvolverse y aprovechar todo lo que existe en este Instituto. Los aportes del INB se han reflejado en la formación de recursos humanos, que hoy nutren las universidades de la región, de México y otros países. Del mismo modo, una buena parte de su investigación ha tenido repercusiones eminentemente sociales en la región centro-norte de México tanto por el servicio diagnóstico a todo público de su Unidad de Resonancia Magnética; como por la atención a bebés con alteraciones cerebrales en su Unidad de Neurodesarrollo. Por ello, la contribución tan importante que ha tenido el INB es incuestionable. De esta forma, la celebración de los 20 años de su existencia, es algo de lo que muchos centros de investigación y universidades del país nos congratulamos, ya que el INB es el ejemplo de la investigación y contribución que si podemos tener en México y que podemos tomar como parámetro de lo que debe ser un polo de desarrollo.

Panorámica del Campus; Ca 2007 - 2008


Carmen Aceves Velasco, Raúl Paredes Guerrero

Hacia el otoño de 1987, en el seno del Departamento de Fisiología del Instituto de Investigaciones Biomédicas (IIBM), se gestó la idea de crear un Centro de Investigación orientado al estudio de la estructura y función del sistema nervioso desde una perspectiva interdisciplinaria e integral. El proyecto, liderado por Flavio M. Mena Jara, cristalizó la madrugada del 25 de septiembre de 1993, cuando, en sesión ordinaria, el Consejo Universitario aprobó por unanimidad la creación de lo que sería el Centro de Neurobiología de la UNAM con sede en la ciudad de Querétaro, Qro.

Han transcurrido 20 años y el Centro, ahora Instituto de Neurobiología (INB), aprovecha el aniversario para evaluar sucintamente, lo caminado y con ello trazar nuevos derroteros. Sin embargo, antes de este recuento y prospectiva es oportuno destacar un hecho singular: desde sus inicios ninguno de los protagonistas

imaginaba que al proyecto original, más bien modesto, se articularían una serie de eventos –muchos de ellos fortuitos- y de voluntades –todas ellas visionarias- que se materializaron en la creación del Campus Universitario que actualmente comparten la UNAM y la UAQ en Juriquilla. Se trata del Campus foráneo más grande de la UNAM en el cual se asientan 10 dependencias de enseñanza e investigación (6 de la UNAM y 4 de la UAQ), así como un Centro Académico Cultural que ofrece semanalmente eventos científicos, de difusión y de divulgación de la ciencia y la cultura, con excelente calidad. La población del Campus UNAM suma ya cerca de mil entre investigadores, profesores, técnicos, estudiantes, personal administrativo y de base. El INB está conformado por tres departamentos: Neurobiología Celular y Molecular; Neurobiología del Desarrollo y

Neurofisiología y Neurobiología Conductual y Cognitiva. En ellos se realiza investigación multidisciplinaria en las neurociencias a lo largo de tres ejes fundamentales, a saber: una aproximación multinivel, que recorre los aspectos moleculares y celulares, pasando por los tejidos, órganos y sistemas, hasta el de las propiedades emergentes de la actividad nerviosa, como las conductas y la cognición; dichos aspectos además, se estudian desde la etapa embrionaria hasta la madurez y la senescencia de los organismos. Asimismo, se consideran las diversas influencias, tanto genéticas como epigenéticas, y sus consecuencias tanto en el nivel fisiológico como patológico. Además, es importante recalcar que para su estudio, los investigadores del INB utilizan modelos biológicos que van desde el cultivo celular, rebanadas de tejido, moscas, moluscos y toda la variedad de vertebrados; peces, anfibios, reptiles, aves y mamíferos

Instituto de Neurobiología20 añosInstituto de Neurobiología20 años

5www.inb.unam.mx

El personal académico del INB lo forman 51 investigadores; 8 posdoctorados; 46 técnicos académicos. El 75 por ciento tienen el reconocimiento de los niveles C y D dentro del Programa de Primas al Desempeño del Personal Académico (PRIDE) y prácticamente todos los investigadores, y varios técnicos académicos, son miembros del Sistema Nacional de Investigadores (58). Esta distinción, junto con el resto de las dependencias del Campus Juriquilla, coloca a este campus foráneo en el segundo lugar de miembros del SNI de la región y ubica al estado de Querétaro en el lugar número 6 del país.

Además de haber generado más de 600 publicaciones científicas de alta calidad, el

INB incide también en la divulgación de conocimiento de vanguardia mediante la elaboración de capítulos de libro y libros tanto de corte especializado como de divulgación científica (1.6 publicaciones por investigador por año en los últimos 5 años). La calidad e importancia del trabajo científico del INB han sido reconocidas por el otorgamiento de varios premios nacionales e internacionales entre los que destacan: Universidad Nacional; Distinción Universidad Nacional para Jóvenes Académicos; Nacional de Ciencias y Artes; Investigación Médica “Dr. Rosenkranz” Syntex; CANIFARMA; FUNSALUD José Santos en Oftalmología; Alejandrina a la Investigación y Creación Artística (UAQ); el Ciudad Capital Heberto Castillo

Martínez y La Neurona de Plata otorgada por el Instituto Cajal.

Acorde a las tareas sustantivas de la UNAM, y desde su llegada a Querétaro, el INB participa activamente en la formación de recursos humanos. Es sede de tres programas de posgrado; la Maestría en Ciencias (Neurobiología) y los doctorados de Psicología y de Ciencias Biomédicas, todos ellos competentes a nivel internacional. Además, recibimos continuamente a jóvenes de diferentes partes del país que realizan: veranos de la ciencia, prácticas profesionales, servicio social, y tesis de licenciatura de programas de pregrado de diversas áreas vinculadas a las neurociencias. Como se observa en la figura 1, en el INB se han graduado alrededor de 600 estudiantes de licenciatura y posgrado. Es importante mencionar que, cumpliendo con el plan de desarrollo de la UNAM, el INB se ha convertido en un polo de atracción fomentando la movilidad estudiantil tanto nacional como internacional (figura 2). Una mención especial es la importante participación del INB en el programa internacional “Semana del Cerebro” que tiene el objetivo de acercar a niños y jóvenes (primaria-bachillerato), de manera accesible y divertida, a la investigación en el área de las neurociencias. Este programa es anual y en su versión 9, realizada en el 2013, el Instituto recibió un poco más de 5,000 visitantes.

El INB mantiene una vinculación muy activa con instituciones del sector Salud y Educativo; en particular ha establecido convenios con la Fundación “Gonzalo Río Arronte”; la Secretaría de Salud del Estado de Querétaro; el Instituto de Seguridad y Servicios Sociales de los Trabajadores del Estado; el Hospital de la Santa Cruz; el Consejo de Ciencia y Tecnología del Estado de Querétaro; el Centro para la Rehabilitación Integral de Minusválidos del Aparato Locomotor; el Hospital del Niño y la Mujer; la Universidad Autónoma de Querétaro; los Institutos Tecnológicos de Querétaro, entre otros. En este rubro destaca la importancia

Figura 3. Número de alumnos graduados de Licenciatura, Maestría o Doctorado en los diferentes quinquenios por investigadores y técnicos académicos del INB.

Figura 4. El INB ha recibido alumnos de prácticamente todo el país y del extranjero.


de las Unidades de Investigación en Neurodesarrollo “Dr. Augusto Fernández Guardiola”, de Resonancia Magnética Funcional, así como la de Biomecánica.

La Unidad de Investigación en Neurodesarrollo se creó en 2005 con el objetivo de detectar y tratar, de manera temprana, el daño cerebral en recién nacidos ocasionado por factores de riesgo perinatales. La Unidad, única en su género en nuestro país, ha obtenido reconocimiento nacional e internacional ya que los tratamientos de neurohabilitación producen una marcada mejoría en los bebés, que provienen de Querétaro y otras regiones de la república. Proporciona, además, una continuada labor en la formación de profesionales de todos los niveles: técnicos en fisioterapia, estudiantes de licenciatura, de servicio social, especialistas médicos y estudiantes de posgrado. A la fecha, se han atendido mas de mil niños, 430 de

los cuales se encuentran actualmente en tratamiento.

La Unidad de Resonancia Magnética. fue creada con la finalidad de realizar investigación de frontera en el área de las ciencias cognitivas (memoria, pensamiento, lenguaje, atención, toma de decisiones, percepción, emoción, entre otras) así como para el diagnóstico de enfermedades neurodegenerativas o neurológicas. La resonancia magnética es un método de imagen de alta resolución que no causa dolor, no es invasivo, y no emplea radiación ionizante (Rayos X), sino que utiliza un campo magnético que permite explorar y obtener imágenes de las distintas partes del cuerpo humano. Esta Unidad cuenta con dos resonadores de alta capacidad (tres Tesla), los cuales proporcionan el mejor servicio de diagnóstico por neuroimagen anatómica y funcional en la región del Bajío, permitiendo

además una estrecha vinculación con el Sector Salud y el desarrollo de líneas de investigación de frontera en neuroimagen. Desde su creación (2004) se han realizado más de 27,000 estudios de neurodiagnóstico a pacientes, tanto del sector público como privado.

La Unidad de Biomecánica se diseñó para la detección y corrección de problemas del sistema músculo-esquelético. Inició su funcionamiento en el segundo semestre del 2013. La Unidad cuenta con equipo especializado que permite detectar alteraciones y mejorar el tratamiento de los pacientes que estén bajo neurohabilitación o rehabilitación, así como pacientes con lesiones neurológicas. Se hacen evaluaciones precisas y objetivas de la postura y el movimiento de los diferentes músculos. Por ser inalámbrico y utilizar sensores de muy bajo peso (7.5 g), es ideal para el estudio en niños, desde recién nacidos hasta en edad escolar. Ésta Unidad interactuará estrechamente con las otras dos Unidades y se realizará investigación en los departamentos del Instituto. Igualmente dará servicio a otras dependencias como el Instituto de Rehabilitación de Querétaro, el Hospital de Especialidades del Niño y la Mujer de Querétaro y a quien lo solicite bajo un esquema diferenciado de pago de servicio.

El excelente desempeño en las principales laborares de la UNAM (docencia, investigación y vinculación social), así como por su estratégica ubicación en el centro del país, hacen del INB el sitio ideal para la realización de proyectos de investigación translacionales que permiten de una manera natural y eficiente trasladar el conocimiento generado a nivel básico hacia el desarrollo de aplicaciones con impacto en los sectores sociales del país. A 20 años de la creación del entonces Centro de Neurobiología los apoyos que hemos recibido nos comprometen con la Universidad y el país ha seguir siendo el mejor Instituto en el estudio del sistema nervioso central.

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Y usted… ¿qué opina? ¿Qué tan naturales son los desastres naturales?

Cada que ocurre un desastre natural, los daños y pérdidas que provocan se atribuyen únicamente a la fuerza de dichos fenómenos, y sin embargo es necesario que nos preguntemos: ¿qué tan naturales son las afectaciones que se registran? La respuesta pareciera que el desastre no es solo natural, también es antrópico (modificaciones del territorio por el hombre).

Sobre los recientes desastres provocados por los huracanes Ingrid y Manuel en ambas costas de México, se dice que antes del grito de independencia, el Servicio Meteorológico Nacional advirtió a las autoridades el gran riesgo que representaban estos meteoros para el país. El saldo fue de más de un millón de habitantes damnificados, decenas de muertos y desaparecidos, y la generación de pérdidas materiales multimillonarias. En unos cuantos días la realidad rebasó cualquier pronóstico. ¿Pero por qué las autoridades, en sus diferentes órdenes, no tomaron en cuenta la alerta que se había dado? Una de las primeras acciones es informar a la población para que se resguarde. Llama la atención que el alcalde de Acapulco manifestó que él sí alertó a la población, pero que no se imaginaba la magnitud de lo que se venía. El problema es que no se trata de imaginar que podría pasar, si ya se sabe que Acapulco ha sufrido huracanes y maremotos de gran magnitud. En el siglo XIX un maremoto provocó que el mar avanzara hacia tierra firme cerca de 7 km.

Si bien el peligro siempre existe, se puede contar con modelos para la evaluación y mitigación del mismo. Ello nos permite

tocar el tema que se ha vuelto reiterativo en los últimos años: “la importancia que tiene la ciencia para la sociedad” Los servicios nacionales tienen la función de alertar a los gobernantes y a la población sobre cualquier riesgo natural inminente, sus recomendaciones no se pueden objetar porque están basadas en estudios, en cientos de modelos matemáticos, y la formación de su personal les impide emitir una recomendación sin sustento. Sin embargo, al llegar al ámbito político las cosas cambian.

Años atrás mucha gente hoy afectada había construido o adquirido sus viviendas en zonas de alto riesgo, que nadie tomaba en cuenta. Algunos profesores de Guerrero se quejan que el SNTE les vendió sus viviendas en una zona que se ha desgajado, y cuyo precio fue más de tres veces superior al valor real de las viviendas. Aquí la pregunta es ¿quién otorgó los permisos de construcción en esas zonas? ¿quién hizo el peritaje? ¿quien lo aprobó?, ¿cómo se estimó el riesgo? Todo parece indicar que alguien evadió la ley. De pronto aparecen titulares en los diarios nacionales que dicen: “Sancionarán a quien avaló obras en zonas afectadas por las lluvias”, pero esas sanciones, en caso de que en verdad se llevaran a cabo, ¿restituyen a los afectados sus seres queridos, sus bienes y su tranquilidad?

Otro caso fue la actividad del volcán Popocatépetl, el cual en la última década del siglo XX estuvo muy activo. Durante uno de los periodos de alta actividad se le notificó al entonces gobernador (conocido como el “gober precioso”), mientras realizaba un viaje por Suiza, del alto

riesgo que representaba el fenómeno. La respuesta de este ínclito personaje fue por demás sorprendente “sólo que me aseguren que el volcán hará erupción suspendo mis vacaciones”. Afortunadamente para todos, la gran erupción nunca llegó. Todo indica que en este país que abusa de la política asistencialista, lo único que vale la pena es la destrucción, acompañada de la “reconstrucción”, sin importar los saqueos, abusos de autoridad, venta de ayuda humanitaria, etc. La prevención, basada en un diagnóstico confiable de los investigadores, no se ha valorado realmente; ésta es sólo parte de un discurso.

Cada nuevo fenómeno natural o epidemia nos cuestiona si hemos hecho bien la tarea. El compromiso es para todos, no podemos cerrar los ojos y esperar que otros “hagan su parte”. En este sentido, aún nos falta aprender mucho como sociedad; ha llegado el momento de madurar como tal, de hacernos responsables de nosotros mismos. En ello la ciencia es determinante, ya que es objetiva y no tiene colores políticos. Ante la alerta de riesgo no hay nada que discutir, especialmente si nuestra vida está en juego. Simplemente cada quien tiene que hacer la parte que le toca y respetar las evaluaciones de los expertos. Y usted... ¿qué opina?

Consejo Editorial

Y usted… ¿qué opina? ¿Qué tan naturales son los desastres naturales?


Margarita Contreras Padilla

El nopal es una planta que ha convivido con el hombre desde hace más de 7,000 años. Pertenece a la familia de las cactáceas y su nombre científico es: Opuntia ficus-indica. En México, para los pueblos prehispánicos, el nopal fue tan importante que se encuentra representado en códices, monumentos, pinturas y cerámicas. El nopal se ha utilizado en celebraciones religiosas, para curar enfermedades, como alimento, como planta de ornato; incluso está plasmado como insignia en el escudo y en la bandera nacional. Actualmente, el nopal se destina principalmente al consumo humano, ya sea fresco en la preparación de diferentes platillos y ensaladas, o bien como alimento procesado. También, se ocupa para forraje de animales, para proteger suelos afectados por la erosión, como sustrato para la producción de grana de cochinilla, así como base en la elaboración de jabones, cremas y geles.

Destaca como planta medicinal debido a que se le han descrito propiedades hipoglucemiantes (reduce el contenido de azúcar en la sangre), ayuda a disminuir el colesterol y las lipoproteínas de baja densidad; de igual forma su rico contenido de fibra ayuda a mejorar los procesos digestivos; también se ha utilizado en el tratamiento contra la obesidad.

A pesar de que es una planta tan ligada a la vida de los mexicanos, existen pocos estudios científicos realizados acerca del nopal no sólo en México, sino también en el mundo. Los estudios efectuados indican que los cladodios (pencas o tallos modificados) son una fuente importante de fibra, de minerales y de mucílagos, estos componentes se consideran necesarios para integrar una dieta saludable. Entre los minerales encontrados en el nopal, destacan el calcio, el magnesio y el potasio, además de que posee un bajo

contenido de sodio, lo cual es una ventaja para la salud humana. Debido a su alto contenido en calcio estas plantas han cobrado gran interés por la importancia de este mineral en la dieta humana.

Nuestro grupo de investigación, coordinado por el Dr. Mario E. Rodríguez García, ha realizado diversos estudios en el Laboratorio de Fisicoquímica de Alimentos del CFATA, referentes al contenido de calcio presente en el nopal y a sus beneficios en la dieta. Como parte del estudio de estas propiedades es necesario conocer qué proporción del calcio en esta planta está formando compuestos que son asimilables por nuestro organismo. Es aquí donde se insertan las investigaciones que estamos desarrollando durante mi estancia posdoctoral bajo la dirección del Dr. Eric M. Rivera Muñoz, investigador del CFATA, sobre el estudio de los compuestos cristalinos de calcio presentes en el nopal.

Estructuras cristalinas en el nopal.

9www.fata.unam.mx

Nuestros resultados muestran que el calcio se presenta en forma de diferentes compuestos, los cuales forman estructuras cristalinas que se han analizado en el laboratorio de difracción de rayos-X y también utilizando los equipos de microscopia electrónica de barrido y espectroscopia de infrarrojo del CFATA.

Entre las estructuras cristalinas encontradas destacan los oxalatos de calcio monohidratado, carbonato de calcio y bicarbonato de calcio-magnesio. Es importante señalar que las estructuras observadas para cada compuesto, muestran uniformidad en tamaño y en forma.

Los cristales de oxalato de calcio presentan una morfología que tiene la apariencia de una flor (figura 1), son estructuras cristalinas grandes, comparadas con los otros compuestos cristalinos encontrados. Se sabe que es un compuesto que “secuestra” al calcio, ya que nuestro organismo no es capaz de absorberlo, sin embargo los estudios que hemos realizado indican que el contenido de este compuesto en el nopal es bajo, lo cual sugiere que el calcio presente está en compuestos que son biodisponibles para el cuerpo humano.

En el caso de los cristales de carbonato de calcio, estos se encuentran ampliamente repartidos en los tejidos del nopal. En los tres diferentes periodos de madurez que fueron estudiados (50, 100 y 150 días a partir de que brota la penca),

estos compuestos presentan estructuras bipiramidales conocidas como octaédricas (figura 2) y son pequeñas comparadas con los oxalatos antes mencionados.

El bicarbonato de calcio-magnesio mostrado en la figura 3, presenta una estructura aplanada que tiene diferentes planos. Este tipo de fenómeno en cristales se conoce como exfoliación.

Se sabe que los compuestos carbonato de calcio y bicarbonato de calcio-magnesio son altamente biodisponibles para nuestro organismo y que el magnesio presente en uno de estos compuestos es un elemento esencial para la formación del hueso en los vertebrados. Este es el primer trabajo que estudia e identifica estas estructuras cristalinas en el nopal, las cuales se forman por un proceso conocido como biomineralización.

Por otro lado, es importante conocer estos compuestos cristalinos de calcio debido a que el nopal es un vegetal ampliamente usado para el consumo humano, por lo que nuestro grupo de trabajo, está realizando estudios clínicos de la biodisponibilidad del calcio del nopal in vivo. Este es un ejemplo de cómo se conjugan diferentes áreas del conocimiento en un trabajo de investigación multi e interdisciplinario, cuyos resultados tendrán un impacto en diversos ámbitos, como la ciencia básica, la ciencia e ingeniería de materiales, la fisicoquímica de alimentos y la industria, entre otros.

Figura 1. Estructura cristalina de oxalato de calcio. Obtenida por microscopía electrónica de barrido, con una ampliación de 900 X.

Figura 2. Estructuras cristalinas de carbonato de calcio. Obtenidas por microscopia electrónica de barrido, con una ampliación de 10,000 X.

Figura 3. Estructuras cristalinas de bicarbonato de calcio-magnesio obtenidas por microscopía electrónica de barri-do, con una ampliación de 5,000 X.

Nopales cosechados en los 3 estados de madurez estudiados 50, 100 y 150 días a partir de que brota la penca.

Campo de cultivo del nopal estudiado

Nopales usados para la investigación

11www.campusjuriquilla.unam.mx


Desde el inicio de la civilización, el ser humano ha utilizado los recursos naturales del planeta para su beneficio, así, por ejemplo, descubrió que con pedernal (material natural de sílice) podía hacer puntas de flechas, cuchillos, etc. Después descubrió los metales (hierro y cobre, entre otros) y que al fundirlos podía moldearlos y darle la forma deseada. Las grandes civilizaciones como los Babilonios, Asirios, Egipcios, Griegos, y Romanos, adquirieron gran poder, en parte, por el manejo de los metales para uso militar y civil.

Con el tiempo, la sociedad aumentó su avidez por los metales y otros recursos naturales. Por ejemplo, se estima que cada persona en el planeta utilizará en el transcurso de su vida, unos 800 kg de cobre, 2,800 kg de aluminio, 500 kg de zinc, 500 kg de plomo, 20 toneladas de hierro, 50 g de oro, 240 toneladas de carbón, 300,000 litros de petróleo, 30

toneladas de cemento, mil toneladas de piedra, cemento y arena, 300,000 metros cúbicos de gas natural y unas 30 toneladas de otros minerales y metales. Para obtener esas cifras se divide entre la población total de un país la cantidad de materiales usados en infraestructura (carreteras, puentes, edificios, calles, alumbrado público, trasporte público, trasporte privado, industrias, etcétera), en un periodo de 75 años (expectativa de vida promedio).

En los últimos 10 años, y con el aumento exponencial de los dispositivos electrónicos inalámbricos (teléfonos celulares, computadoras portátiles, tabletas, etcétera), se ha incrementado el uso de metales no tradicionales, como el lantano, tántalo y las tierras raras. Estas últimas se usan actualmente en los autos, computadoras, teléfonos celulares, lámparas fluorescentes ahorradoras de

energía, pantallas planas de TV y monitores de computadoras. Sin lugar a dudas, podemos asegurar que una buena parte de la actividad en las bolsas de valores del mundo se basa en la oferta y la demanda de metales, y que son ellos los que en gran medida mueven la economía mundial.

Pero, ¿de dónde provienen los metales?. La Tierra provee todos los elementos contenidos en la tabla periódica, sin embargo, la distribución promedio de la mayoría de los metales en la corteza terrestre es bastante baja. Pese a ello, y debido a procesos físico-químicos naturales en la misma corteza, ocurren concentraciones anómalas de metales enriquecidos varios órdenes de magnitud, con respecto al promedio, llamadas yacimientos minerales (YM). Los YM son de muy diversos tipos y orígenes, pero todos tienen relación con procesos de magmatismo (magma o roca fundida en el interior de la Tierra) y/o intemperismo

Alejandro Carrillo Chávez

Metales, minería y medio ambienteMetales, minería y medio ambiente

13www.geociencias.unam.mx

(procesos atmosféricos como lluvia, viento y transporte por agua). Para gozar de los beneficios de los metales hay que extraer grandes volúmenes de roca, procesarla y concentrar el metal de interés. Por ejemplo, es necesario extraer una tonelada de roca, molerla y procesarla con reactivos químicos, para obtener 2 o 3 gramos de oro. Para la plata es de 100-200 gr/ton, y para el cobre o plomo es del 3-5%. En todo caso, de cada tonelada de roca se extrae, a lo mucho, 60 u 80 kilogramos de metales combinados (cobre, zinc, oro, plata, etc.) Entonces ¿qué pasa con los 9400-9200 kilogramos de roca que no tienen mineral económico? A este material se le llama “jales mineros”, su volumen ocupa el primer lugar de todos los desechos del ser humano, y generalmente contienen concentraciones de elementos que pueden ser potencialmente tóxicos cuando se liberan en el agua y/o el suelo.

Actualmente es de vital importancia caracterizar química y mineralógicamente los residuos mineros y los YM, a fin de determinar el potencial de liberación de metales u otros elementos potencialmente tóxicos. A esta evaluación mineralógica y química del material del YM, y de sus materiales de desechos, se le conoce como Evaluación Geoquímica Ambiental (GA) del YM. Esta es una especialidad de la Geoquímica que estudia los procesos químicos de materiales naturales, roca, agua, gases y suelo. A pesar de su juventud (unos 50 años) la GA, es de vital importancia y ha tenido un desarrollo rápido en cuanto a métodos, técnicas, experimentos, instrumentación analítica, y aplicaciones.

En el Centro de Geociencias realizamos investigaciones sobre la evaluación de YM y sus materiales de desechos. Por ejemplo, hemos estudiado zonas de Guanajuato, Querétaro, San Luis Potosí, Baja California Sur, Tlaxcala, e internacionalmente la Zona de la Cordillera Blanca en Perú. Para ello usamos métodos de campo, recolección de material de la mina y sus desechos en

el entorno, así como de sedimentos de arroyos y ríos, agua de río y subterránea, suelo y vegetación que crece sobre los jales o cerca de ellos. Todo esto se ubica perfectamente en mapas con ayuda de GPS; una vez en laboratorio, el material se ordena y prepara para sus digestiones (puesto en solución), y/o análisis en Difractómetro de Rayos X (mineralogía), y/o en Microscopio Electrónico de Barrido. También pueden usarse técnicas especiales como la del Sincrotrón, el cual es un tipo de acelerador de partículas en circuito cerrado (circular) y con varias salidas para enfocar el haz de radiación sobre el material a analizar. Estos tipos de análisis permiten determinar la estructura molecular y la composición de elementos presentes en el material en muy bajas concentraciones.

También es posible hacer experimentos de laboratorio en columnas de lixiviación y en celdas húmedas, ambos experimentos permiten determinar el tipo y cantidad de metal que se liberara del material bajo efecto de la lluvia (agua). Asimismo se pueden realizar extracciones de metales del material de forma secuencial usando diferentes reactivos químicos para determinar las condiciones físico-químicas en que se liberan los metales al medio ambiente y en qué tipo de minerales están incluidos los metales (carbonatos, óxidos, sulfuros, silicatos, etcétera). Una de las líneas más recientes de investigación en la GA es la de analizar las bacterias presentes en los residuos de la minería y cómo los procesos metabólicos de estas afectan la liberación de los metales al medio ambiente. A la fecha, se sabe que las bacterias y minerales conviven desde el origen de la vida. Todos

los procesos entre minerales y bacterias se llevan a cabo a nivel molecular e involucran procesos como oxido-reducción, disolución, precipitación, transformación de minerales. Todos estos procesos se llaman reacciones “Biogeoquímicas”, y se sabe ahora que estas reacciones son más comunes de lo que hace varias décadas se pensaba y que se consideraban procesos netamente inorgánicos.

El objetivo final de toda evaluación GA es caracterizar el material de la mina y sus desechos para proponer técnicas de contención, remoción o remediación de metales en agua y/o suelo. El proceso de remediación es, generalmente, muy costoso, pero bien vale la pena para mantener un medio ambiente limpio para nosotros y futuras generaciones. Finalmente, la exploración y extracción (explotación) de los yacimientos minerales, de los elementos que necesita la industria minera actual, debe ir de la mano de evaluaciones de GA a fin de lograr una industria limpia y sustentable que provea los elementos que necesitamos como sociedad y de un medio ambiente limpio. La UNAM participa en estas investigaciones en los ámbitos nacional e internacional.

Preparación de material de los jales para su posterior análisis químico.


Las proteínas motoras, conocidas como motores moleculares, son moléculas que participan en el control y sincronización de muchos procesos de transporte celular y, por lo tanto, de diferentes rutas metabólicas esenciales para la vida.

En una analogía un tanto vertiginosa y atrevida, podemos imaginar la vida de una célula como el acontecer cotidiano en el aparentemente desorganizado mercado de un pueblo, y a las proteínas motoras como los inquietos y astutos comerciantes. Éstos negocian con sus colegas y parroquianos, quienes, ávidos de recursos y beneficios, intercambian mercancías transportándolas de un lado a otro del mercado en bolsas y cajas que llevan sobre sus hombros, para mayor comodidad y eficacia. Cada comerciante despacha productos necesarios para los demás y va y viene a lo largo de los pasillos, estrechos e irregulares del mercado, esquivando y tropezando con

los marchantes y los puestos de naranjas, pescado, carne y zanahorias, ya sea comprando, vendiendo o intercambiando productos.

La vida de una célula y su comunicación con otras depende crucialmente del funcionamiento de las proteínas motoras y de los diversos cargamentos y sustancias que transportan; gránulos, vesículas en cúmulos o solas. Toda esta actividad y comunicación a nivel intra e intercelular controla, a la larga, el comportamiento de los organismos y, en caso de fallar por una u otra causa, podrían afectar incluso la supervivencia misma del organismo. Así, dado el papel crucial que desempeñan en la vida, se han dedicado grandes esfuerzos a estudiarlas, tanto en su morfología, estructura y dinámica interna, como en su interacción con el medio que las rodea y su acoplamiento con la dinámica del mismo.

Pero la analogía propuesta entre las proteínas motoras asociadas a la estructura interna de la célula (citoesqueleto) con los comerciantes del mercado y sus estrechos pasillos puede llevarse un poco más allá. Por ejemplo, las cinesinas, dineínas y miosinas (tres grandes familias de motores moleculares agrupadas por su función) presentan una morfología que nos recuerda con apenas un atisbo de duda a la de un animal bípedo, como el hombre o las gallinas, con cuatro extremidades en forma de X (figura 1). Lo curioso del asunto es que estas proteínas, para desplazarse a lo largo de su camino, compuesto por moléculas que conforman un delicado tubo de 28 nanómetros de diámetro y a veces tan largo como el tamaño de una célula, es decir, alrededor de unos 40 micrómetros, usan dos de sus extremidades que alternan entre sí, justo como nosotros y las gallinas hacemos para caminar. Sin embargo, al contrario de nosotros o las gallinas, que sólo usamos las piernas para realizar esta

Iván Santamaría-Holek.

¿Cuántos pasos da una proteína motora antes de detenerse?¿Cuántos pasos da una proteína motora antes de detenerse?

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operación, ellas usan sus dos cabezas, cuestión claro está de definiciones. Estas dos cabezas que se unen y desunen del microtúbulo alternativamente lo hacen a través de una molécula llamada trifosfato de adenosina (ATP, por sus siglas en inglés), que es bien conocida en la biología como la fuente de energía celular de los seres vivos. Esta molécula permite que una de las cabezas, digamos la a se fije adecuadamente al microtúbulo para no dar un traspié en lo que la cabeza libre avanza, digamos b. Luego, una vez fijada la cabeza b, ocurre una reacción entre la molécula de ATP y el agua circundante (hidrólisis) que hace que la cabeza a se libere, terminando el paso original e iniciando así un nuevo paso. Este mecanismo, llamado “mano sobre mano”, es el más aceptado por la comunidad científica para describir el desplazamiento de las cinesinas, dineínas y miosinas a lo largo de los microtúbulos. De él se han documentado muchos aspectos interesantes que han permitido reconstruir lo que se conoce como “el mecanismo de la reacción” bioquímica asociada al desplazamiento de la cinesina. Dicha secuencia de reacciones se ilustra en la figura 1. De esta reacción se conocen las constantes de velocidad, equilibrio e incluso las concentraciones iniciales del combustible, ATP, y el resultado de la “combustión”, difosfato de adenosina (ADP, por sus siglas en inglés) y un fosfato inorgánico u ortofosfato (Pi, por sus siglas en inglés). La hidrólisis del ATP es pues: ATP -> ADP + Pi + energía.

Los estudios actuales sobre la dinámica de las proteínas motoras han develado aspectos fascinantes. Por ejemplo, se sabe que por cada paso de 8 nm de la cinesina o 36 nm de las miosinas, se gasta exactamente una molécula de ATP. Además, dependiendo de la concentración de ATP en el medio, una cinesina es capaz de desarrollar velocidades de 500 a 1000 nm/s y si esa concentración se mantiene constante, las cinesinas pueden caminar sin parar, como si no se fatigaran. En nuestra analogía, estas condiciones

in vitro equivalen a carreras como los cien metros planos sin obstáculos en las olimpiadas. Sin embargo, estas correlaciones son importantes porque si conseguimos asociar el número de cinesinas que participan en los diversos procesos metabólicos del cuerpo y conocemos las distancias que recorren y sus velocidades, aunque sea de manera aproximada, podemos darnos una idea del consumo energético asociado con dichos procesos. Esta información puede ser útil a nivel médico, ya que permite estudiar mejor las rutas metabólicas en tanto que permite establecer los tiempos característicos asociados a ellas y a sus subprocesos asociados, así como los consumos de energía correspondientes. Pensemos por ejemplo en la secreción de neurotransmisores contenidos en vesículas por neuronas, proceso mediado por cinesinas y miosinas; o en la formación del sello anti-polispermia de los ovocitos en los eventos tempranos de la fecundación, proceso que también involucra el transporte de enzimas contenidas en gránulos de las regiones internas de la célula a su exterior a través de cinesinas.

La información anterior obtenida de experimentos in vitro no corresponde con las distancias recorridas y las velocidades observadas en la realidad. Retomando la analogía del mercado, tanto las proteínas motoras como nosotros debemos cruzarlo a la par que otros cientos de personas, desplazando el pesado carrito de la compra a lo largo de caminos estrechos, resbalosos y sinuosos. Aunque cada paso sea de 8 nm, por razones morfológicas y energéticas, es de esperarse que las proteínas motoras se detengan en su camino. Una pregunta que ha surgido en años recientes ha sido, precisamente: en condiciones in vivo ¿cuántos pasos puede dar una cinesina?

En el grupo de Biofísica y Materiales Complejos de la Unidad Multidisciplinaria de Docencia e Investigación, Facultad de

Ciencias Juriquilla, junto con el estudiante de maestría Jared López Alamilla y con base en las mediciones experimentales del mecanismo bioquímico asociado al “andar” de las cinesinas, se desarrolló un modelo teórico que permite reproducir el número de pasos que esta proteína da en condiciones in vivo: 60 a 120 pasos por cinesina antes de detenerse, y por lo tanto con un gasto energético equivalente en moléculas de ATP. El modelo permitió explicar que el ADP, producto de la hidrólisis en el avance mismo, es el factor determinante en la inhibición de la reacción catalítica, ya que las cabezas de la cinesina son multisustrato y afines tanto al ADP como al Pi. Esta inhibición hace que la concentración local de ATP disminuya, aumentado por tanto la probabilidad de un evento inhibitorio que detenga el avance (figura 2, que ejemplifica el paisaje de energía libre asociado al avance de la cinesina). Cuando la altura relativa de los pasos se invierte, la cinesina se detiene ya que el proceso no se favorece energéticamente. Esta reconstrucción teórica del paisaje energético también permitió determinar, a partir exclusivamente de la información bioquímica, la duración, la distancia de reposo de las vesículas respecto a la membrana plasmática y el coste energético de procesos de secreción en los que típicamente actúan y cooperan diversos motores moleculares. Valores estimados son: Velocidades entre 10-400 nm/s, distancias promedio recorridas de 2.4 micrómetros y costes energéticos de 300 ATP por motor molecular para procesos con duración de entre 200 y 400 segundos, valores que se correlacionan muy bien con experimentos clásicos de fluorescencia en procesos de secreción.



Ixbalank Torres

La optimización matemática, programación matemática o simplemente optimización, es un área de las matemáticas aplicadas que tiene como objetivo encontrar el mejor elemento, mediante cierto criterio, a partir de un conjunto de elementos disponibles. En el caso más simple, un problema de optimización consiste en maximizar o minimizar una función (objetivo), evaluándola sistemáticamente a partir de un conjunto permitido de valores de entrada.

En nuestra vida cotidiana nos encontramos con un sin número de problemas de optimización que tenemos que resolver. Por ejemplo, buscamos el camino con menos tráfico para llegar a la escuela o al trabajo, tratamos de hacer la mejor elección en una compra, buscamos el mejor lugar para ver un espectáculo, cada mes tratamos de optimizar nuestros ingresos al minimizar el consumo de gas, de electricidad o de

agua, pero también buscamos maximizar los días para los cuales nos alcanza la despensa que compramos a principio del mes, votamos por el mejor candidato (o por el menos peor) en una elección, etcétera. Es claro que para encontrar la solución a los problemas anteriores no usamos matemáticas formalmente, más bien los afrontamos de acuerdo con nuestra intuición y experiencia.

Históricamente, el primer término para la optimización fue la programación lineal, formulada por George B. Dantzig, aunque mucha de la teoría había sido introducida por Leonid Kantorovich con anterioridad. De hecho, Kantorovich recibió el premio Nobel de economía, junto a Tjalling Koopmans, en 1975, como reconocimiento a sus aportaciones a la teoría de la asignación óptima de recursos, usando precisamente programación lineal.

La optimización matemática tiene importantes aplicaciones científicas, tales como el manejo eficiente de la transmisión de energía eléctrica, análisis de contingencia y prevención de apagones en sistemas eléctricos, diseño de redes de distribución de agua, recarga operativa de reactores nucleares y la minimización del impacto ambiental de plantas industriales, entre otros. Por otro lado, la optimización también ha sido aplicada ampliamente para resolver diversos problemas de ingeniería de procesos, aunque su aplicación se extiende a muchas otras áreas, como la física, la computación, la economía, etcétera. La principal razón de esto es que en esos problemas hay comúnmente muchas alternativas de solución, y por lo tanto, no es tan fácil encontrar la solución óptima. Además, la aplicación de la solución óptima en un proceso se traduce en ahorros y beneficios económicos, por lo que la optimización de procesos es de gran interés para el sector industrial. Es por esto que, a


17http://sitios.iingen.unam.mx/LIPATA

través de los años, se ha pasado de una metodología de interés académico a una tecnología que ha teniendo un impacto significativo en la industria.

Los problemas de optimización pueden clasificarse primeramente en términos de variables continuas o variables discretas. La mayor parte de los problemas de optimización de variable continua incluyen a la programación lineal (PL) y a la programación no lineal (PNL). Una importante subclase de PL es la programación complementaria lineal (PCL), mientras que la PNL incluye a la programación cuadrática (PC) y a la programación semidefinida (PS). Para el caso de la PNL, una distinción importante es también si el problema es convexo o no convexo, debido a que en este último caso la solución puede incluir múltiples óptimos locales. Otra importante distinción es si el problema es asumido a ser diferenciable o no. Los problemas discretos son clasificados en programación lineal mezclada con enteros (PLME) y programación no lineal mezclada con enteros (PNLME).

Un caso particular importante de la PLME es cuando todas las variables son enteras, lo cual nos lleva a la programación entera (PE). Un ejemplo típico de este tipo de problemas es el del vendedor viajero (importante en investigación de operaciones y en ciencias de la computación), enunciado como: dado una lista de ciudades y las distancias entre cada par de ellas, ¿Cuál es la ruta más corta posible para visitar cada ciudad exactamente una vez y regresar a la ciudad de origen? Este fue formulado en 1930 y es uno de más intensamente estudiados. En la actualidad existen muchos métodos exactos para resolverlo en casos de hasta decenas de miles de ciudades.

En cuanto a las áreas específicas dentro de la ingeniería de procesos, los de diseño tienden a plantearse como problemas PNL y PNLME, mientras que los de programación y planificación de actividades tienden a plantearse como PL y PLME. La razón

de esto es que los de diseño tienden a depender en mayor medida de las predicciones que hacen los modelos de los procesos, que son generalmente no lineales, mientras que en la programación y la planificación de actividades las predicciones físicas tienden a ser menos importantes, puesto que la mayoría de las operaciones se describen a través de requisitos y actividades a lo largo del tiempo.

Actualmente ya no se ve al agua residual como un residuo, ahora se le utiliza como un insumo por lo que en la Unidad Académica Juriquilla (UAJ) del Instituto de Ingeniería (II) de la UNAM se diseñan procesos biotecnológicos para el tratamiento de aguas residuales mediante procesos de digestión anaerobia para producir vectores energéticos (metano e hidrógeno), mediante celdas de electrólisis microbiana para producir hidrógeno, o a través de celdas de combustible microbianas producir electricidad. Una vez que el proceso biotecnológico ha sido desarrollado, sus condiciones de operación tienen que ser optimizadas para alcanzar un desempeño adecuado. Es en este punto donde aplicamos diversas técnicas de optimización.

Una manera de producir biológicamente hidrógeno (biohidrógeno) usando (micro) organismos es a través de un reactor de

fermentación. La productividad del hidrógeno producido depende de la velocidad de carga orgánica (VCO). La VCO depende, a su vez, de la concentración y de la velocidad del flujo de sustrato a la entrada del reactor. La productividad del proceso (función objetivo) puede ser maximizada, resolviendo un problema de optimización PNL en tiempo real, en el cual se optimiza la velocidad de flujo a la entrada del reactor. Por otro lado, la concentración del sustrato a la entrada del reactor es vista como una perturbación del proceso. Para resolver el problema de optimización necesitamos conocer el valor de esta concentración. Medirla en línea es poco práctico, por lo que se utilizan estrategias de observación para estimar su valor en tiempo real. Para diseñar el observador que nos permita estimar la concentración del sustrato a la entrada del reactor resolvemos un problema de optimización PS, sujeto a condiciones de estabilidad en forma de desigualdades matriciales lineales (DML), para minimizar el error de estimación del observador.

Como puede verse, en todos lados encontramos problemas de optimización, y aunque los más simples los podemos resolver con nuestra intuición y experiencia, los problemas relacionados con procesos complejos, que involucran posiblemente muchas variables de optimización, requieren la aplicación de una matemática rigurosa para su planteamiento y solución.

Figura 1. Reactor productor de hidrógeno optimizado resolviendo un problema PNL en tiempo real para maximizar la producción de hidrógeno.



Luis Concha

Cuando llevamos a cabo una tarea específica (motora, sensitiva o cognitiva), las zonas del cerebro que participan en su ejecución realizan un mayor trabajo y, consecuentemente, requieren un mayor aporte de sangre oxigenada. En la década de los noventa apareció el primer artículo que mostró que el nivel de oxigenación de la hemoglobina modula la señal que se registra por medio de resonancia magnética (RM). Este descubrimiento pronto se convirtió en la piedra angular de una de las técnicas más adecuadas para estudiar el funcionamiento del cerebro humano vivo. La técnica es ideal porque no es necesario abrir el cráneo o realizar procedimientos invasivos; no se utiliza radiación ionizante que pueda producir problemas como mutaciones genéticas; tiene una resolución espacial decente (del orden de 0.5-4 mm); y todo se realiza utilizando resonadores magnéticos ya disponibles a nivel comercial. Actualmente, existen miles de artículos

que utilizan la técnica para investigar funciones cerebrales específicas que van desde la función normal de la corteza visual o auditiva, hasta la manera en que el cerebro percibe y procesa información compleja, como los sentimientos y los sueños.

Para encontrar las regiones cerebrales que se modulan por una tarea específica, el experimento simplemente consiste en comparar si la señal obtenida es mayor durante un periodo de actividad, que durante un periodo de reposo; la hipótesis de que sí hay cambio se prueba con métodos estadísticos. El reto es que el experimento se debe repetir miles de veces: una vez por cada pixel en la imagen del cerebro. Un pixel es la unidad fundamental de una imagen, un pequeño cuadro que contiene un solo nivel de gris o color. Habitualmente los datos se obtienen de manera simultánea en todo el cerebro,

por lo que el tiempo no es un factor que nos preocupe, pero sí hay un factor que se oculta en el proceso estadístico: la posibilidad de los llamados “falsos positivos”. Bennett y colaboradores presentaron en el 2009, en el congreso internacional de mapeo cerebral humano (Human Brain Mapping), un póster que mostró las debilidades de los métodos estadísticos utilizados en aquel entonces. El trabajo mostraba claramente actividad en áreas específicas del cerebro del salmón atlántico ante la visión de fotografías de sus depredadores naturales. Este resultado sería medianamente interesante si no fuera por un detalle: el salmón utilizado en el estudio estaba muerto. La broma implícita contenía una gran verdad y destacaba los riesgos potenciales de la interpretación de datos estadísticos en cantidades industriales. Los autores posteriormente publicaron un artículo en el Journal of Serendipitous and Unexpected Results (sic), y se hicieron acreedores de un premio Ig Nobel.


19www.inb.unam.mx

Formalmente, la probabilidad de cometer un error estadístico tipo I (falso positivo), aumenta en función del número de pruebas independientes a realizar. Esta frase tan árida se representa en forma divertida en un cómic de frases chuscas de xkcd (http://www.xkcd.com/882/). En otras palabras: si se tiene solamente el 95% de seguridad de algo y se repite el evento cien veces, cometeremos cinco errores. Multiplicando por el número de pixeles en una imagen de RM, resulta factible que aparezcan cientos, e incluso miles, de falsos positivos que algún investigador despistado podría interpretar biológicamente. No sólo a raíz del trabajo de Bennett, pero sí fuertemente influenciado por él. Ahora se cuenta con herramientas estadísticas que controlan la apariencia de falsos positivos. El más estricto es la clásica corrección de Bonferroni, que divide nuestro nivel de confianza entre el número de pruebas. El método es innecesariamente estricto, ya que está diseñado para muestras independientes, y dos pixeles vecinos, por definición, no lo son. El más utilizado actualmente es la teoría de campos aleatorios, desarrollada por Worsley a finales de los noventas. Parte de una premisa: si los errores estadísticos son aleatorios, deberían ocurrir también de forma aleatoria en el espacio (en cualquier lugar de la imagen); la probabilidad de que

muchos errores estadísticos se aglutinen en racimos es mínima. En la actualidad sería impensable publicar resultados de RM sin utilizar algún método de corrección de falsos positivos.

Satisfechos de haber burlado uno de los principales problemas en el análisis de RM, nos queda uno aún más importante: el diseño experimental. En efecto, una vez agotado el estudio de las cortezas primarias, que responden de manera particularmente preferente a un solo tipo de estímulo y prácticamente nada a cualquiera otro, el estudio del cerebro se complica. Por ejemplo, es muy sencillo diseñar un paradigma de estimulación visual: 30 segundos observando un patrón de ajedrez que cambia de contraste cada 500 milisegundo, seguido de 30 segundos de obscuridad, todo esto repetido unas cuatro veces. Evidentemente, la corteza visual deberá activarse sustancialmente. Pero, ¿cómo diseñar un paradigma en el que se busque aislar las áreas de corteza involucradas en las ideas, las emociones, la aritmética, el placer o el disgusto? No es tarea imposible, pero tampoco es trivial. Deben considerarse todas las variables que esconde el fenómeno a estudiar, y balancearlas, excepto la de interés. Por ejemplo, si

el objeto de estudio es el proceso mental detrás de la aritmética, pueden presentarse pantallas donde aparezcan dos números a restar mentalmente, pero debe balancearse con otra pantalla en la que aparezcan dos símbolos con características visuales similares a los dígitos, y no una pantalla negra. Así, el diseño del paradigma se convierte en la parte más difícil del proyecto de investigación.

Como toda herramienta, la resonancia funcional tiene sus ventajas y desventajas. Su inocuidad, facilidad y velocidad la hacen sumamente útil para estudiar el cerebro tanto sano como enfermo. Sin embargo, para realizar interpretaciones juiciosas, el investigador debe siempre tener muy en cuenta el funcionamiento y limitaciones de la técnica. Recientemente ha ocurrido una transición gradual abandonando, hasta cierto punto, la identificación de aéreas relacionadas a tareas específicas y orientándose al análisis de coherencia de señales a lo largo del tiempo para identificar circuitos cerebrales complejos. Las técnicas de adquisición de imagen, así como las de su análisis estadístico, continúan progresando, por lo que se puede prever un emocionante futuro para la resonancia funcional y la investigación del cerebro humano en general.

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