Enriquerubio.net El blog del Dr. Enrique Rubio

3 junio 2021

MEMORIAS ENTRELAZADAS

Filed under: MENTALES,NEUROTRANSMISORES — Enrique Rubio @ 18:59

MEMORIAS ENTRELAZADAS

Científicos del ICFO sientan las bases de la comunicación cuántica en internet

Gran avance del instituto de Castelldefels para lograr que la transmisión de datos sea absolutamente segura

Los autores del trabajo en el laboratorio en ICFO. De izquierda a derecha: Samuele Grandi, Darío Lago, Jelena Rakonjac, Alessandro Seri y Hugues de Riedmatten 

Investigadores del Institut de Ciències Fotòniques (ICFO), en Castelldefels, han dado un importante paso para comunicación cuántica. El equipo ha conseguido que dos memorias cuánticas localizadas en puntos diferentes guarden a la vez un mismo fotón en un proceso llamado entrelazamiento y que lo hagan generando varios de estos eventos a la vez.

El logro, casi de ciencia ficción, supone un primer paso para la elaboración de repetidores cuánticos que permitan distribuir la información de forma extremadamente segura y a muy largas distancias mediante las infraestructuras de telecomunicaciones actuales. El estudio sale a la luz este miércoles en la revista Natureque lo destaca en portada.

Cristal de memoria cuántica dentro del criostato en el laboratorio  ICFO

La información de las redes de telecomunicación se transmite hoy en día en forma de luz a través de cables. Pero la señal va degradándose y hacen falta amplificadores cada 50 o 100 kilómetros para no perder la información, según explica el investigador Icrea Hugues de Riedmatten, quien dirige el laboratorio que ha hecho posible el avance. De esta manera se consigue mantener la señal durante el siguiente tramo de distancia.

Con los repetidores cuánticos se pretenden ampliar los trayectos recorridos por la luz. “Lo que queremos lograr es hacer una versión cuántica del repetidor que permita comunicar a una distancia superior a los 100 kilómetros”, dice el físico.

Foto del cristal modificado con elementos de tierras raras (praseodimio), utilizado como memoria cuántica  ICFO

Junto con la mayor capacidad para cubrir distancias largas, la cuántica propicia también una mayor seguridad en las telecomunicaciones. Los procesos de encriptación de información actuales se sirven de computaciones complejas basadas en números primos muy grandes. La cuántica permitirá superar esta estrategia.

“La seguridad estará garantizada por las propias leyes de la física y no de las matemáticas”, afirma de Riedmatten. En la actualidad, ya hay ciertas compañías que ofrecen sus servicios de encriptación cuántica de información.

La idea del experimento que presenta hoy el ICFO comenzó de manera teórica en el año 2007 con la llegada de Hugues de Riedmatten al centro. “Pero es un experimento muy complejo”, apunta el investigador, por lo que se tardaron varios años en montarlo. El equipo contó con financiación de la Fundación Moore de Estados Unidos.

Infografía del experimento del ICFO

El grupo necesitaba para ello dos memorias cuánticas, elementos claves para hacer posible un sistema de comunicación cuántica. 

Una memoria es un dispositivo para almacenar información. Las de tipo cuántico que diseñaron los investigadores tenían la capacidad de “guardar” luz -fotones- al incluirlos dentro de sus átomos, los cuales estaban organizados en una estructura cristalina. Para dotar a los cristales de esta capacidad, el equipo incluyó  átomos del elemento químico praseodimio, perteneciente a las llamadas tierras raras de la tabla periódica.

“Cuando una ráfaga de fotones llega a la memoria, esta los guarda y, tras excitarla, los vuelve a liberar pudiendo recuperar los fotones con las mismas características cuánticas con las que ingresaron”, explica el primer autor del artículo Darío Lago.

Darío Lago y Samuele Grandi con una memoria cuántica sólida  ICFO

Cada memoria fue luego emparejada a un generador de fotones idénticos entre sí. Ambas de dispusieron a 10 metros de distancia dentro de las instalaciones del ICFO en Castelldefels y se conectaron mediante 25 metros de fibra óptica. 

Con los dispositivos montados, el equipo del ICFO logró acumular un fotón durante 25 microsegundos entre las dos memorias cuánticas gracias al entrelazamiento de ambas.

“Este entrelazamiento significa que había un fotón que estaba guardado en una de las dos memorias y estaba al mismo tiempo guardado en ambas, hay una partícula en dos sitios al mismo tiempo. Esto en la física clásica nunca podría pasar. Supone una propiedad única dentro de la física cuántica y resulta fundamental para la comunicación cuántica”, dice el también integrante del equipo Samuele Grandi. 

Hasta ahora, se había logrado el entrelazamiento de memorias cuánticas y se habían almacenado fotones, pero no se habían conseguido ambos fenómenos a la vez. El grupo del ICFO ha superado esta barrera y lo ha hecho de una forma que es compatible con la red de telecomunicaciones actual gracias al uso de fibra óptica.

Las memorias diseñadas por de Riedmatten y su grupo permitieron también por primera vez la multiplexación de los entrelazamientos, es decir, que varios de estos eventos ocurrieran a la vez. «Esto hará posible tener un tramo de memorias cuánticas entrelazadas» , dice Grandi.

El siguiente paso será salir del laboratorio. Una de las ideas que barajan los investigadores es lograr el enlace cuántico entre Barcelona y el edificio del ICFO, lo que supondría unos 25 kilómetros de distancia.

Puedo entender algo de como funciona un ordenador clásico.

Muchoas transistores entrelazados, que forman el harware, son capaces de hacer cálculos muy rápidos, con la ayuda de un sistema operativo y unos programas.

Esto da lugar a la maravilla de información que tenemos

Tener múltiples publicaciones del mundo en mi ordenador.

Y poder tener la bibliografía que refieren los autores del trabajo.

Esto supone para mi tal adelanto, que tengo dudas de la supervivencia del libro.

Cuando en mi teléfono y por algunos de los motores de la información, puedo ver los adelantos de las publicaciones, antes de que lo hagan las grandes revistas de Neurocirgia por ejemplo.

Hasta aquí en este mundo agitado puedo entenderlo.

Pero que una particula, como mencionan lo autores de este trabajo, este en distintos lugares al mismo tiempo. Esto no entra en mi cabeza

Con los dispositivos montados, el equipo del ICFO logró acumular un fotón durante 25 microsegundos entre las dos memorias cuánticas gracias al entrelazamiento de ambas.

“Este entrelazamiento significa que había un fotón que estaba guardado en una de las dos memorias y estaba al mismo tiempo guardado en ambas, hay una partícula en dos sitios al mismo tiempo.

Me imagino que un cerebro mas evolucionado que el mio lo podrá entender, yo ni siquiera me asomo a pensar como algo puede estar en dos lugares distintos a la vez.

Esto huele por lo menos a milagroso, pero no, es real.

Dios mio que cosas.

LEYRE FLAMARIQUECientíficos del ICFO sientan las bases de la comunicación cuántica en internet

JOSEP CORBELLACASTELLDEFELSMADRID “Barcelona puede ser líder en tecnologías cuánticas”

11 junio 2017

Neurotransmisores

Filed under: NEUROTRANSMISORES — Enrique Rubio @ 23:13

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Neurotransmisor

La sinapsis permite a las neuronas comunicarse entre sí, transformando una señal eléctrica en otra química.
Un neurotransmisor (neuromediador o mensajero químico) es una biomolécula que permite la neurotransmisión, es decir, la transmisión de información desde una neurona (un tipo de célula del sistema nervioso) hacia otra neurona, una célula muscular o una glándula, a través de la sinapsis que los separa. El neurotransmisor se libera desde las vesículas sinápticas en la extremidad de la neurona presináptica, hacia la sinapsis, atraviesa el espacio sináptico y actúa sobre los receptores celulares específicos de la célula objetivo.1
Los neurotransmisores son biomoléculas que cumplen con los siguientes tres criterios básicos:1 2
1. La sustancia debe estar presente en el interior de las neuronas. Una sustancia química no puede ser secretada desde una neurona presináptica a menos que esté presente allí.
2. Las enzimas que permiten la síntesis de la sustancia deben estar presentes en la neuronas del área donde dicho neurotransmissor se encuentra. Dado que se necesitan vías bioquímicas complejas para producir neurotransmisores, la demostración de que las enzimas y los precursores necesarios para sintetizar la sustancia están presentes en las neuronas presinápticas brinda pruebas adicionales de que la sustancia es utilizada como neurotransmisor.
3. El efecto del neurotransmisor debe reproducirse si la misma sustancia es aplicada exógenamente. Un neurotransmisor actúa sobre sus célula blanco, mediante la presencia en éstos de receptores específicos para el neurotransmisor. El efecto debe ser idéntico (identidad de acción) al de la estimulación presináptica.
Diferencia entre neurotransmisor y hormona
Un neurotransmisor al ser liberado solo comunica a una neurona inmediata, mediante la sinapsis. En cambio una hormona se comunica con otra célula sin importar lo lejos que esté, viajando a través del torrente sanguíneo.
Aunque algunos neurotransmisores suelen actuar como hormonas, a éstos se les denomina neurohormonas.
En sentido estricto, según una definición de hormona, la de Roger Guillemin, un neurotransmisor sería una “hormona” (de secreción paracrina), liberada por las neuronas. Aunque debido a sus características específicas, el neurotransmisor a menudo es considerado una forma de comunicación celular distinto de las hormonas, la distinción entre uno y otro es difusa.
Una hormona es cualquier sustancia que liberada por una célula actuase sobre otra célula, tanto cercana como lejana, e independientemente de la singularidad o ubicuidad de su origen y sin tener en cuenta la vía utilizada para su transporte, sea circulación sanguínea, flujo axoplasmático o espacio intersticial.
Roger Guillemin, Premio Nobel de Medicina 1977. [1]
Procesos bioquímicos asociados a la neurotransmisión[editar]
• Síntesis del neurotransmisor por las neuronas presinápticas. Participan las células gliales. Según la naturaleza del neurotransmisor, éste se puede sintetizar en el soma neuronal o en las terminaciones nerviosas. Algunos neurotransmisores se sintetizan directamente en las terminaciones nerviosas gracias a enzimas que se han sintetizado en el soma y se han transportado a estas terminaciones. A través del interior del axón fluye una corriente de sustancias libres o encerradas en vesículas, que pueden ser precursores tanto de los neurotransmisores o sus enzimas, llamada flujo axónico.
• Almacenamiento del neurotransmisor en vesículas de la terminación sináptica.
• Liberación del neurotransmisor por exocitosis, que es calciodependiente. Cuando llega un impulso nervioso a la neurona presináptica, ésta abre los canales de calcio, entrando el ion en la neurona y liberándose el neurotransmisor en el espacio sináptico. El calcio además de iniciar la exocitosis, activa el traslado de las vesículas a los lugares de su liberación con la ayuda de proteínas de membrana plasmática y de la membrana vesicular. Cuando entra el calcio en la neurona, se activa una enzima llamada calmodulina que es una proteinquinasa, encargada de fosforilar a la sinapsina I, situada en la membrana de las vesículas y que las une a los filamentos de actina. Cuando la sinapsina I es fosforilada, las vesículas sinápticas se despegan de la actina y se movilizan hacia los sitios donde deban vaciarse. La fusión de la membrana vesicular con la membrana plasmática es un proceso complejo en el que intervienen varias proteínas como la sinaptobrevina, sinaptotagmina, rab-3 (de la membrana vesicular) sintaxina, SNAP-25, n-sec 1 (de la membrana plasmática) y factor sensible a n-etilmaleimida (NSF) con actividad ATP-asa. Este conjunto de proteínas, forman el complejo SNARE que forma un poro en la membrana plasmática y permite la fusión de ambas membranas y la salida de la sustancia como el contenido vesicular al espacio sináptico.
• Activación del receptor del neurotransmisor situado en la membrana plasmática de la neurona postsináptica. El receptor postsináptico es una estructura proteica que desencadena una respuesta. Los neurorreceptores pueden ser:
Receptores ionotrópicos: Producen una respuesta rápida al abrir o cerrar canales iónicos, que producen despolarizaciones, generando potenciales de acción, respuestas excitatorias, producen hiperpolarizaciones o respuestas inhibitorias. En el primer caso, actúan canales de cationes monoiónicos como los de Sodio y Potasio, mientras que en el segundo caso, son los canales de Cloruro los que se activan.
Receptores metabotrópicos: Liberan mensajeros intracelulares, como AMP cíclico, Calcio, y fosfolípidos por el mecanismo de transducción de señales. Estos segundos mensajeros activan proteínas quinasas, las cuales, fosforilan activando o desactivando canales al interior de la célula. En el caso de una despolarización, son los canales de Potasio que se cierran, en caso de hiperpolarización, los mismos canales son abiertos produciendo el aumento de cationes intracelulares.
• Iniciación de las acciones del segundo mensajero.
• Inactivación del neurotransmisor, ya sea por degradación química o por reabsorción en las membranas. En el espacio sináptico, existen enzimas específicas que inactivan al neurotransmisor. Además, las neuronas presinápticas tienen receptores para el neurotransmisor que lo recaptan introduciéndolo y almacenándolo de nuevo en vesículas para su posterior vertido.
Existen superfamilas de receptores para cada uno de los diferentes tipos de neurotransmisores. Las drogas de acción cerebral actúan en alguna o algunas de estas etapa/s.
Clasificación[editar]
Los neurotransmisores se pueden agrupar en neurotrasmisores propiamente dichos, y en neuromoduladores. Estos últimos son sustancias que actúan de forma similar a los neurotransmisores; la diferencia radica en que no están limitados al espacio sináptico, sino que se difunden por el fluido extraneuronal, intervieniendo directamente en la fase postsináptica de la neurotransmisión.
Teniendo en cuenta su composición química se pueden clasificar en:3
• Colinérgicos: acetilcolina
• Adrenérgicos: que se dividen a su vez en catecolaminas, ejemplo adrenalina o epinefrina, noradrenalina o norepinefrina y dopamina; e indolaminas serotonina, melatonina e histamina
• Aminoacidérgicos: GABA, taurina, ergotioneina, glicina, beta alanina, glutamato y aspartato
• Peptidérgicos: endorfina, encefalina, vasopresina, oxitocina, orexina, neuropéptido Y, sustancia P, dinorfina A, somatostatina, colecistoquinina, neurotensina, hormona luteinizante, gastrina y enteroglucagón.
• Radicales libres: óxido nítrico (NO), monóxido de carbono (CO), adenosin trifosfato (ATP) y ácido araquidónico.
Funcionamiento de los neurotransmisores
La neurona que libera el neurotransmisor se le llama neurona presináptica. A la neurona receptora de la señal se le llama neurona postsináptica. Dependiendo del tipo de receptor, las neuronas postsinápticas son estimuladas (excitadas) o desestimuladas (inhibidas). Cada neurona se comunica con muchas otras al mismo tiempo. Puesto que una neurona puede enviar o no un estímulo, su comportamiento siempre se basa en el equilibrio de influencias que la excitan o la inhiben en un momento dado. Las neuronas son capaces de enviar estímulos varias veces por segundo. Cuando llega un impulso nervioso al extremo de los axones, se produce una descarga del neurotransmisor, en la hendidura sináptica, que es captado por los receptores específicos situados en la membrana de la célula postsináptica, lo que provoca en esta la despolarización, y en consecuencia, un impulso nervioso nuevo.
Principales neurotransmisores
Acetilcolina (AC). Se localizan en:
• Neuronas motoras en médula espinal → unión neuromuscular
• Proscencéfalo basal → numerosas áreas de la corteza
• Interneuronas en el cuerpo estriado
• Sistema nervioso autónomo → neuronas preganglionares del SNA simpático y parasimpático, y postganglionares del parasimpático.
• Dopamina. Se localizan en:
• Sustancia negra → vía central del cuerpo estriado, sistema límbico y numerosas áreas de la corteza)
• Núcleo arcuato del hipotálamo → hipófisis anterior a través de las venas portales
• Noradrenalina (NE). Se localizan en:
• Locus Ceruleus de la protuberancia → sistema límbico, hipotálamo, corteza
• Bulbo raquídeo → locus coeruleus, médula espinal
• Neuronas posganglionares del sistema nervioso simpático
• Serotonina. Se localizan en:
• Núcleos del rafe protuberancial → múltiples proyecciones
• Bulbo raquídeo/Protuberancia → asta dorsal o posterior de la médula espinal
• Ácido γ-aminobutírico (GABA). Se localizan en:
• Principal neurotransmisor inhibidor del cerebro; interneuronas corticales muy extendidas y vías de proyecciones largas.
• Glicina. Se localizan en:
• Principal neurotransmisor inhibidor de la médula espinal
• Glutamato. Se localizan en:
• Principal neurotransmisor excitador; localizado por todo el SNC, incluso en células piramidales corticales.
Referencias
Ayano, Getinet (junio de 2016). «Common Neurotransmitters: Criteria for Neurotransmitters, Key Locations, Classifications and Functions» [Neurotransmisores comunes: criterio para neurotransmisores, ubicaciones clave, clasificaciones y funciones]. Advances in Psychology and Neuroscience (en inglés) (Science publishing group) 1 (1): 1-5. doi:10.11648/j.apn.20160101.11. Consultado el 9 de mayo de 2017.
Brailowsky, Simón (1995). «5 Los neurotransmisores». Las sustancias de los sueños: neuropsicofarmacología. México: Instituto latinoamericano de la comunicación educativa. Consultado el 19 de agosto de 2016.
Luis Samper, Neuroquímica cerebral: “Las moléculas y la conducta”. Biosalud, Revista de Ciencias básicas

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