¡El laboratorio va a tu casa!

• Novedades del DF

Comenzamos un  nuevo cuatrimestre, de manera virtual por la situación epidemiólogica que atraviesa el país y el mundo. Ante la necesidad de que los estudiantes pudieran cursar las materias de laboratorio adaptamos los planes de enseñanza y las prácticas. Quienes están cursando Laboratorio III recibieron kits de electricidad y magnetismo que les permitirán desarrollar sus habilidades para el montaje de experimentos, analizar sus resultados y comparar con modelos físicos. Además, el desafío es aprender técnicas computacionales de adquisición de datos, simulación de circuitos y análisis. Por ultimo, comunicar claramente los resultados obtenidos en los experimentos.

Los profesores responsables son Adriana Márquez, Carlos Acha y César Moreno.

El personal de laboratorio, Gustavo Loureiro, Damián Pérez y Alejandro Greco; y el administrativo, Patricia Centurión y Sebastián Smerling.

Los contagios que se vienen

No se vislumbra un amesetamiento en el número de casos diarios en el Área Metropolitana de Buenos Aires para los próximos 15 días. De hecho, es probable que los casos diarios sigan creciendo, al menos, durante los 45 días que vienen. Esos son algunos de los resultados de un pronóstico efectuado con un modelo epidemiológico que considera la movilidad y que demostró ser científicamente consistente.

Hace un par de meses, NEXciencia anticipó que, por pedido del Ministerio de Ciencia, Tecnología e Innovación Productiva, un grupo de investigadores del Departamento de Física de la Facultad de Ciencias Exactas y Naturales de la UBA (Exactas UBA) había logrado desarrollar un modelo epidemiológico que permite pronosticar la evolución de los contagios de una manera tan consistente que sorprendió a sus propios creadores.

La eficacia del modelo atrajo el interés del Ministerio de Salud de la Nación, que está implementando un tablero de mando para controlar la marcha de la pandemia: “La empresa Globant, que está a cargo de la implementación de ese software, ya tiene nuestros algoritmos para integrarlos al tablero de mando”, informa Enzo Tagliazucchi, quien junto con Pablo Mininni, Gabriel Mindlin y Pablo Balenzuela integra el grupo de investigadores del CONICET que diseñó el modelo.

Las ecuaciones desarrolladas por los científicos de Exactas UBA también interesaron al Centro de Control de Enfermedades de los Estados Unidos (CDC, por sus siglas en inglés): “Hace pocos días tuvimos una reunión a pedido de ellos porque están interesados en tener modelos basados en la movilidad de celulares”, cuenta Mininni.

Precisamente, una de las particularidades de este desarrollo matemático es que, a diferencia de otros modelos epidemiológicos, toma en cuenta la movilidad de las personas. “Nuestro modelo integra los parámetros propios de la infección con el comportamiento social, al que medimos a través de la movilidad”, explica Mininni.

Para ello, utiliza los datos de geolocalización de los teléfonos celulares, que son provistos por la empresa Grandata Labs. De esta manera, no solo permite pronosticar cuántos nuevos casos de personas infectadas habrá sino, además, cómo se distribuirán territorialmente. Según los investigadores, el modelo puede utilizarse para pronosticar con alta probabilidad lo que puede ocurrir dentro de los próximos 15 días.

No obstante, los pronósticos a más largo plazo parecen funcionar bastante bien: “Los números que se están observando hoy son compatibles con los que estimamos hace más de un mes”, señala Mininni, y ejemplifica: “Hace poco más de un mes estimamos que la provincia de Buenos Aires probablemente acumularía cerca de dos tercios del total de casos del AMBA y eso hoy se está corroborando”.

¿Qué hacer con la movilidad?
A lo largo de las sucesivas etapas de la cuarentena, la avenida General Paz fue objeto de controles de tránsito, más o menos férreos según la fase. Como límite entre distritos, la movilidad hacia uno u otro lado de esa gran arteria genera discusiones entre los gobiernos que pretenden evitar que el coronavirus ingrese a su jurisdicción.

Sin embargo, en el estado actual de diseminación extendida de la infección, poner el foco en el mapa de división política no sería lo más efectivo para controlar los contagios: “Nuestro modelo indica que reducir la movilidad interna dentro de cada distrito tiene un impacto mayor que reducir la conexión entre distritos”, revela Mininni, y explica: “Si un distrito tiene muchos casos, cerrarlo no frena el hecho de que, si la gente adentro se sigue moviendo, sigue contagiando. Y hoy todos los distritos del AMBA tienen un número suficiente de casos como para que, si no se controla la movilidad interna, siga creciendo el número de contagios”.

De todos modos, en la situación actual de circulación del virus, aunque se consiguiera reducir la movilidad al nivel que se logró durante la primera cuarentena, el número de casos diarios en el AMBA seguiría creciendo: “Hoy reducir la movilidad al 23%, que es lo que se logró en marzo, podría disminuir la velocidad con la que aumenta el número de casos, pero no se alcanzaría una meseta, es decir, que el número de casos diarios sea más o menos constante”.

Pronóstico exclusivo
A pedido de NEXciencia, el físico Pablo Mininni actualizó los datos y corrió el modelo. Los resultados indican que, con la movilidad actual, en el AMBA no se vislumbra un amesetamiento en el número de casos diarios para los próximos 45 días. En otras palabras, la cantidad de casos diarios seguiría creciendo. Por ejemplo, “en la Ciudad Autónoma de Buenos Aires (CABA) el modelo indica que, con la movilidad actual, dentro de 15 días tendremos alrededor de 1.900 casos diarios”.

En cuanto a los 40 distritos del conurbano bonaerense, el investigador explica que “hay cuatro a cinco días de retraso en la carga de datos oficiales, por lo cual en este momento no podemos hacer un pronóstico específico para esa región”. No obstante, “el modelo sigue corroborando que el número de casos totales en la provincia seguirá duplicando al total de casos de CABA”.

Con mayor incerteza, el pronóstico indica que, de mantenerse la misma movilidad, en 30 días la cantidad de casos diarios en CABA será de 2.800, y en 45 días se alcanzarían los 3.700 casos por día.

Finalmente, Mininni calculó qué sucedería en un escenario en el cual se suspendiera la cuarentena. Para ello, supuso una movilidad del 80% con respecto a la que había el 2 de marzo: “Es poco probable que se recupere el 100% de movilidad porque habría personas que seguirían quedándose en sus casas para evitar el contagio”. En ese hipotético escenario de “liberación” de la movilidad, en 15 días la Ciudad de Buenos Aires tendría unos 12.000 casos diarios.

La utilidad del modelo no se reduce a pronosticar el número de casos por distrito para distintos escenarios de movilidad. “También, es una herramienta para que las autoridades sanitarias puedan planificar la cantidad de kits que se necesitarán para efectuar los testeos”, consigna Tagliazucchi. “Además, con el modelo se puede estimar el número de camas hospitalarias que habrá disponibles en cada distrito para una fecha determinada”, añade, y finaliza: “En cualquier caso, siempre hay que tener en cuenta que esto es un modelo que brinda un pronóstico científico y, como todo pronóstico, puede tener algún grado de incerteza que se incrementa a medida que se proyectan futuros más lejanos”.

POR GABRIEL STEKOLSCHIK EL 04/08/2020 

nexciencia.exactas.uba.ar

Big data cannábico

Por Lis Tous

Un estudio reciente de investigadores de Exactas UBA y CONICET ha podido vincular información de la composición química de la planta de cannabis con las experiencias de consumo de más de cien mil usuarios. El trabajo permitió indagar sobre las experiencias subjetivas a partir de la validación de una gran cantidad de reportes de usuarios.

Durante siglos el cannabis ha sido documentado en múltiples contextos de uso como fuente de fibras, alimentos, aceites y medicamentos; también por sus propósitos recreativos o en ceremonias de culto: es posible leer sobre la planta Cannabis sativa en escritos sagrados de culturas asiáticas o referencias a sus flores y resinas utilizadas para la meditación en registros budistas de India y El Tibet. Del mismo modo, los historiadores han identificado la palabra en idiomas semíticos como el hebreo, e incluso es posible hallar citas que referencian un uso sagrado en el Antiguo Testamento.

El discurso social sobre la marihuana y la experiencia de los sujetos que la consumen no ha cesado. El relato mítico de la iniciación de Los Beatles, gracias a Bob Dylan, en un hotel de Nueva York, o las innumerables veces que el poeta beat Allen Ginsberg aprovechó su popularidad para expresarse en los medios y protestar contra la demonización de la práctica, como en su Manifiesto de 1966: “La experiencia real de quien ha fumado hierba ha sido escondida por una niebla de lenguaje sucio…”. Hacía dos años que el químico israelí Raphael Mechoulam había descubierto y sintetizado la estructura molecular del psicoactivo THC.

Hoy, millones de usuarios alrededor del mundo comparten sus reseñas personales en páginas de internet. Los relatos de quienes fumaron algún tipo de variedad de marihuana y luego escribieron su crónica de sensaciones en la web representan grandes cantidades de datos para los investigadores.

“Nuestro objetivo es vincular los relatos con información objetiva para validarlos como fuente de estudio de la experiencia consciente”, explican los investigadores e investigadoras, y el desafío, según indican, es corroborar la relevancia de la información disponible y demostrar su fiabilidad para entender qué efectos produce el consumo de cannabis, qué particularidades de respuestas se asocian a las diferentes cepas y su composición química, y cómo responden ante la búsqueda de paliación del dolor, la euforia o la relajación, según los propios usuarios.

“En un trabajo previo sobre psicodélicos, mostramos que las drogas cuyos perfiles de acción son más similares en el cerebro también generan relatos de experiencias más parecidas en términos semánticos. En este trabajo buscamos realizar algo similar con el cannabis, principalmente en su dimensión perceptual, dado que los usuarios reportan sabores y aromas, y estos se desprenden de la composición química de cada cepa”, explica Enzo Tagliazucchi, director del Laboratorio de Neurociencia Cognitiva Computacional (UBA-CONICET) en la Facultad de Ciencias Exactas y Naturales de la UBA.

¿Sabe la felicidad a una fresca mandarina de estación?

“Asumimos que todo lo que sucede en nuestra vida interior tiene su contraparte física, y nos interesa conocer qué clase de eventos físicos ocurridos en el cerebro se corresponden con ciertas experiencias subjetivas. Comprender estos fenómenos complejos no depende únicamente de una carrera tecnológica como ocurre con los aceleradores de partículas o los telescopios, porque si bien mejores tecnologías nos permitirían conocer la actividad neuronal con mayor resolución temporal y espacial, eso es únicamente avanzar sobre la mitad del problema. El desafío es cómo obtener datos científicos de la otra mitad, es decir, cómo medir y cuantificar las experiencias subjetivas”, dice Tagliazucchi.

Índica y sativa son las especies de plantas de cannabis más reconocidas en el mundo; esta distinción es producto de una caracterización botánica que tiene en cuenta aspectos como la altura de la planta y el ancho de la hoja. Aunque la clasificación también se ha reforzado a través de análisis químicos, en la actualidad las fronteras de esta clásica distinción está en disputa. Una de las razones es la expansión acelerada del mercado del cannabis y sus derivados: quienes intentan comercializar y posicionar sus productos buscan asociar sensaciones y experiencias a las variedades sin protocolos industriales estandarizados.

“Para conocer la opinión de los consumidores, sitios de internet como Leafly recopilan gran cantidad de testimonios, pero no hay análisis exhaustivos de la validez de estos informes, ni de la conexión entre variedades y cepas con la composición química de las plantas consumidas. En ese sentido, nuestra investigación busca trazar correlaciones coherentes y generar información confiable sobre la base del análisis de gran cantidad de datos”, explica Carla Pallavicini, investigadora del Instituto Fleni y coautora del trabajo.

A través de métodos de machine learning los investigadores entrenaron clasificadores que permitieran vincular las etiquetas de sabores con las de sensaciones y, así, determinar si se trataba de índicas o sativas.

El trabajo consistió en tomar cien mil reportes de personas que habían consumido alguna variedad de cannabis -entre más de 800 variedades- que estaban identificadas con su nombre comercial. A través de métodos de machine learning entrenaron clasificadores que permitieran vincular las etiquetas de sabores con las de sensaciones y, así, determinar si se trataba de índicas o sativas. La conclusión fue que, efectivamente, podían clasificar a los sabores con 86% de precisión, mientras que con los efectos llegaban a 98%. Esto no necesariamente apoya la división botánica entre ambas especies pero sí muestra que los productores que comercializan cannabis hacen una diferencia entre los efectos esperados de ambas.

¿Hay sabores asociados a sensaciones o efectos asociados a aromas? El estudio concluye que sí: “Los efectos se dividen en tres grandes grupos: estimulantes, relajantes y no deseados; y cada uno de ellos puede asociarse a ciertos sabores”, explica Pallavicini y agrega que aquellos gustos en armonía con las sensaciones de relajación tienen una asociación negativa con las estimulantes. «Por otro lado, cuando se reportan expresiones identificadas como ‘mal viaje’, paranoia o ansiedad, consistentemente no se reportan sabores. Esto es interesante porque el vínculo entre los olores y sabores con la experiencia subjetiva era conocido, encontramos es que eso también aplica a las experiencias con diferentes variedades de cannabis», explica la primera autora Laura Alethia de la Fuente, que realiza su doctorado en neurociencias en Exactas UBA.

A partir de los reportes, realizaron un abordaje que se conoce como “análisis semántico latente” donde, básicamente, se relacionan palabras con significados cercanos. Pudieron visualizar que ese cuerpo de palabras estaba dividido en dos grupos: sativas e híbridas por un lado, índicas e híbridas por el otro: “Si viéramos un mapa de todas las cepas, con diferentes colores según la especie, observaríamos que tanto en términos de efectos como de sabores las especies tienden a agruparse y diferenciarse de las otras. Entre las índicas y las sativas se genera una especie de degradado de transición, en el medio están las híbridas”.

Para corroborar la coherencia entre los relatos de narrativa libre y los efectos tipificados utilizaron el método de asignar a cada palabra un vector en un espacio de 360 dimensiones; así pudieron observar cercanías de vectores, es decir, correlatividades entre tópicos y etiquetas.

Información que no es humo

“Es importante comprender la relación entre los informes de los usuarios y la composición química del cannabis. Las plantas varían mucho en su composición y esto dificultará el desarrollo de estándares”, afirman los autores. El cannabis contiene más de cuatrocientos compuestos; entre ellos, más de 60 son cannabinoides. Las principales moléculas activas son el tetrahidrocannabinol (delta-9-THC) y el cannabidiol (CBD). “Sin embargo, hay evidencia creciente sobre la relevancia de los terpenos y terpenoides”, las moléculas responsables para el sabor y el aroma de las plantas.

Pallavicini cuenta que también analizaron las correlaciones entre las experiencias y las composiciones químicas de esas variedades: “Para cada cepa corresponde más de una composición química, por lo que analizamos las moléculas asociadas al aroma y el sabor -terpenos- y las moléculas psicoactivas, conocidas como de cannabinoides”. A diferencia de los terpenos, que tienen altas tasas de conservación en la genealogía de la planta, los cannabinoides están sujetos a las variaciones del entorno y a la edad del vegetal, por lo que realizar mediciones de los factores que influyen en las experiencias de usuarios, por fuera de las clasificaciones químicas, resultó en una nueva etapa de la investigación: estudiaron más de 10 tipos de cannabinoides y cerca de veinte terpenos y confirmaron la asociación de sabores y efectos.

“Después de décadas de prohibición, la industria legal del cannabis para uso terapéutico y recreativo está creciendo rápido, sin embargo está en su infancia. En comparación con industrias más maduras que han logrado estándares confiables, como la del vino, en la que los consumidores confían y comprenden sobre sus variedades. Al extraer información de diferentes fuentes de datos, nuestro trabajo sugiere que el desarrollo de estándares en el cannabis para la industria no solo debe centrarse en los efectos psicoactivos y el contenido de cannabinoides, sino también tener en cuenta aromas y sabores, que constituyen la contraparte perceptiva de los perfiles de terpenos”, concluyen los investigadores.

30/07/2020 A LAS 13:14

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Ondas gravitacionales: Una detección curiosa

• Novedades del DF

*Por Gaston Giribet

Se anunció en estos días una nueva detección de ondas gravitacionales; detección acaecida, en realidad, el 14 de agosto del año pasado. Ese día los detectores LIGO y VIRGO, en Estados Unidos y Europa respectivamente, sintieron una vez más la perturbación del espacio-tiempo producida por una colisión de astros distantes y enormes.

Desde 2015, año de la primera detección de ondas gravitacionales, LIGO y VIRGO han venido detectando ondulaciones del espacio-tiempo que son prueba inconfundible de ese tipo de colisiones. De esas detecciones hemos aprendido mucho sobre la población de los agujeros negros en el cosmos, sobre el origen de los elementos pesados en el universo, y hemos confirmado, además, una de las predicciones más interesantes de la teoría de Einstein: la gravedad viaja como ondas a la velocidad de la luz.

Ahora bien, aunque LIGO y VIRGO nos tienen ya acostumbrados a estas maravillosas detecciones de colisiones cósmicas, el evento del 14 de agosto de 2019 fue especial. Las características de las ondas gravitacionales detectadas ese día indican que las mismas fueron producidas por la colisión de dos objetos densos a 800 millones de años luz de nosotros (una distancia enorme, que, para que nos demos una idea, supera en más de diez veces la que nos separa del agujero negro supermasivo fotografiado el año pasado por la colaboración Event Horizon Telescope). 

Pero antes de ahondar en las peculiaridades del evento cósmico detectado el 14 de agosto, dediquemos unos minutos a recordar de qué hablamos cuando hablamos de ondas gravitacionales: Desde la teoría de la relatividad general, formulada por Einstein en 1915, entendemos la gravedad, ya no como una fuerza en el sentido newtoniano, sino como la curvatura del espacio-tiempo mismo. Es decir, la teoría de la gravitación de Einstein pone de manifiesto el carácter dinámico del entramado espaciotemporal. Según esto, la atracción gravitatoria entre dos astros se debe a que cada uno de ellos curva el espacio en sus inmediaciones y, al hacerlo, compele al otro a ceñir su trayectoria a las formas que el espacio adopta. Si estos dos astros se encuentran orbitando rápidamente uno en torno a otro, entonces ese curvar al espacio de manera dinámica resulta en una perturbación del entretejido espaciotemporal y, así, en la propagación de ondas sobre éste, como si se tratara de un medio elástico. Esas ondas de espacio-tiempo (de gravedad) portan energía; energía que le roban al movimiento orbital de los astros que las originan. En otras palabras: los astros irradian gravedad y así van perdiendo energía cinética.

Al irradiar ondas gravitacionales, el par de astros orbitando uno en torno al otro va perdiendo velocidad, y finalmente éstos entran en coalescencia. Al colisionar producen energías enormes. Nosotros, a salvo en la Tierra, a cientos de millones de años luz de allí y equipados con finísimos interferómetros, detectamos esas ondas gravitacionales, las que nos llegan como cansinas y casi imperceptibles vibraciones del mismísimo espacio-tiempo. Escudriñando minuciosamente la forma de esas onditas, y triangulando con los tres detectores con los que disponemos, nos es posible inferir la naturaleza del cataclismo, su distancia y su dirección en el cielo.

El evento detectado el 14 de agosto de 2019, como decíamos, ha sido especial, y lo ha sido en dos aspectos. Por un lado, se trató de un evento de notable asimetría: Un agujero negro de unas 23 masas solares (23 veces la masa del Sol) colisionó, luego de una espiralada lucha, con un astro 9 veces menor que él, un astro misterioso de tan solo 2,6 masas solares. Por otro lado, y lo que hace al evento aún más interesante, la naturaleza del astro menor es un enigma: ¿Se trata de una gran estrella de neutrones? ¿Se trata de un pequeño agujero negro? Jamás hemos visto una estrella de neutrones tan masiva. Jamás hemos observado un agujero negro tan poco masivo.

La genealogía de las estrellas de neutrones y la de los agujeros negros son similares: Ambos tipos de astro nacen tras la muerte de estrellas masivas. Si bien la mayoría de las estrellas no terminarán sus vidas siendo ninguno de estas dos especies cósmicas, las estrellas más masivas sí lo harán. Luego de una puja entre la presión debida a los procesos nucleares en sus entrañas y la autogravedad producida por su propio peso, la estrella masiva explota. Esa explosión es lo que se conoce como supernova. Luego de la supernova, y dependiendo de las características del detrito que haya quedado tras ella, la estrella puede seguir su proceso y finalmente convertirse, o bien en una estrella de neutrones, o bien en un agujero negro: Si la masa supera cierto valor crítico, es lo segundo su destino.

Lo que importa para el caso que nos ocupa aquí es que las estimaciones de la masa crítica que marca la línea divisoria entre agujeros negros y estrellas de neutrones no están muy lejos del valor de masa del menor de los astros detectados por LIGO y VIRGO en agosto: 2,6 masas solares. Cabe así la pregunta siguiente: ¿Hemos detectado la más grande de las estrellas de neutrones jamás observada o, por lo contrario, se trató del menor de los agujeros negros del que hayamos tenido noticia?

La masa del menor de los agujeros negros del que se tenía certeza ronda las 5 masas solares. Y no sabíamos de estrellas de neutrones con masas que superaran poco más que 2 veces la masa del Sol. Incluso hubo quienes especularon con que el rango de masas entre 2,5 y 5 masas solares podría ser una banda vacante. Al parecer, no es así: Algo cuya masa está en ese rango colisionó en el universo; lo escuchamos.

Para echar más misterio a esta historia, digamos que, a diferencia de otros eventos detectados por LIGO, como la colisión de dos estrellas de neutrones observada en 2017, en este caso no hay una contraparte electromagnética de la observación. Es decir, no hubo luz en este caso. Esto se debe a dos razones: Por un lado, este evento involucra al menos un agujero negro, y no un par de astros luminosos; por otro lado, esta colisión ocurrió 6 veces más lejos que aquella luminosa de 2017. Así, la luz nos ha dejado solos en ésta. Sólo nos queda escuchar el espacio-tiempo mismo y, de ese tono susurrante, inferir qué aconteció.

Para terminar, déjenme contar un detalle del evento observado que muestra claramente la escala de energías, velocidades y masas de las que estamos hablando aquí: La colisión entre el agujero negro de 23 masas solares y su misterioso compañero 9 veces menor liberó en forma de ondas gravitacionales (vibración del espacio-tiempo mismo) una energía equivalente al 20% de la masa del Sol. Y eso no fue más que una propina de un evento que dejó como resultado un nuevo agujero negro que, allí, a 800 millones de años luz de nuestra galaxia, comprime sus 25 masas solares en un radio de 75 kilómetros.