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Stuart Hameroff es una figura pícara: bajito, redondo, con el pelo canoso y un rostro ancho y gnómico. Su voz es humo: profunda y granulada, retumbando con el peso de sus 70 años. Lleva más de dos décadas dirigiendo una conferencia científica sobre la investigación de la conciencia. Se presenta cada día con vaqueros desarreglados y camisas de manga corta. El efecto es informal, rozando la desidia. Pero, de cerca, está al mando y, para sus críticos, parece un luchador.

Puede que no le importe mucho cómo va vestido. Le importa mucho cómo se abordan él y sus teorías.

Hameroff es más conocido por servir como una especie de tábano en los campos de la neurociencia y la filosofía. Salió en 1994 de las entrañas sin ventanas del hospital de Arizona donde aún trabaja como anestesista para exponer lo que parecían -en aquel momento- algunas de las ideas más descabelladas sobre el cerebro humano.

La mayoría de los neurocientíficos dicen que los pensamientos nacen de unas células cerebrales llamadas neuronas. Hameroff sugiere que la acción más significativa ocurre en el nivel cuántico, imposiblemente pequeño, donde las partículas subatómicas como los fotones y los electrones exhiben un comportamiento extraño. La física cuántica impulsa la conciencia, según él.

Si Hameroff propusiera estas ideas él mismo, podría haber sido ignorado, pero su co-teórico fue Sir Roger Penrose, una estimada figura de la física matemática. Su teoría, denominada «reducción objetiva orquestada», u Orch-OR, sugiere que unas estructuras llamadas microtúbulos, que transportan material dentro de las células, subyacen a nuestro pensamiento consciente.

Pero el modelo Penrose-Hameroff de lo que se llamaría conciencia cuántica fue un fracaso científico. Los principales expertos rechazaron de plano el nuevo modelo. Los efectos cuánticos, según las críticas, son notoriamente difíciles de mantener en el laboratorio, ya que requieren temperaturas ultrafrías y un blindaje para protegerlos incluso de las interferencias más leves. Los críticos decían que los seres vivos son simplemente demasiado «cálidos, húmedos y ruidosos» para permitir que persistan efectos cuánticos significativos. Es más, los neurocientíficos argumentaron que el modelo Penrose-Hameroff no ofrecía ninguna hipótesis comprobable.

El físico matemático Sir Roger Penrose habla en la conferencia Science of Consciousness 2017. (Crédito: Brad Buhr)

La pareja discrepó inequívocamente, produciendo más artículos a lo largo de los años. Pero mientras que la reputación de Penrose es demasiado imponente para destruirla, Hameroff pareció encontrar su base más firme a través de la cultura pop. Recibió el apoyo de Deepak Chopra, autor y gurú de la Nueva Era de las teorías de la conciencia cuántica. También apareció en What the Bleep Do We Know?, una película que enfureció a los científicos por impulsar un misticismo cuántico que subyace en nuestra existencia de tuercas y tornillos.

En el camino, en 2006, Hameroff dio una charla que encapsuló su relación con la comunidad científica. En una conferencia llamada «Más allá de la creencia» que estaba repleta de destacadas luminarias de muchas disciplinas, presentó sus teorías sobre todo, desde la conciencia hasta una «espiritualidad» basada en la mecánica cuántica. Al final, el destacado físico Lawrence Krauss habló desde su asiento en el público. «Desde el punto de vista de la física», dijo, «todo lo que ha dicho es un disparate».

Muchos consideran a Hameroff un disparate, una criatura de un cuento de Lewis Carroll que grita desde debajo de un seta que lo hemos entendido todo mal, que algún tipo de magia cuántica subyace en nuestra función cerebral.

Pero apenas cuatro años después, un cambio estaba en marcha. En 2010, Hameroff fue invitado a hablar en una reunión menos pública, en el campus de Google en Mountain View, California. Su presentación sugirió que podría tener una visión más firme de la realidad de lo que algunos podrían haber pensado.

Hameroff y varios otros científicos fueron invitados por Hartmut Neven, un investigador de Google en tecnologías de búsqueda visual. Por aquel entonces, los científicos ya intentaban aprovechar las leyes de la física cuántica para construir ordenadores más pequeños e inteligentes. Y los biólogos habían empezado a sospechar que la física cuántica podía ser importante para procesos como la fotosíntesis y la migración utilizando el campo magnético de la Tierra. Neven dice que se interesó por la investigación de Hameroff porque la comprensión de las eficiencias del cerebro podría suponer un enorme ahorro de costes para Google.

«Creo que es bastante sorprendente que el cerebro humano sea capaz de lograr sus tremendas hazañas con sólo una cucharada de azúcar al día», dice Neven.

En el viaje de Hameroff por los campos de maleza de la burla científica ocurrió algo curioso: Aparecieron datos.

Los datos no son suficientes para confirmar el Orch-OR, pero los nuevos hallazgos sugieren que algunas de las afirmaciones de Hameroff son más plausibles de lo que se suponía. Además, los microtúbulos -las diminutas estructuras que Hameroff cree que albergan las operaciones cuánticas en el cerebro- son de repente un tema candente. Y dos investigadores están descubriendo que el viejo anestesista podría tener razón: La física cuántica podría ser vital para nuestra conciencia, cognición e incluso memoria.

Lea más: La teoría del universo biocéntrico: La vida crea el tiempo, el espacio y el propio cosmos

El problema difícil

A pesar de la controvertida posición de Hameroff en la comunidad científica, las conferencias que organiza siguen siendo un buen reclamo para los investigadores de la neurociencia y los filósofos. En su primera conferencia sobre la conciencia, celebrada en Tucson (Arizona) en 1994, un joven filósofo llamado David Chalmers -un australiano con chaqueta de cuero, rematado entonces con el largo y desgreñado pelo de un fan del heavy metal- causó sensación con una nueva interpretación de una antigua cuestión.

Chalmers argumentó que algunos problemas asociados a los estudios cognitivos son relativamente «fáciles» de resolver. La mayor parte del procesamiento de la información, como la conducción de un coche, es mera computación. Y para ello, basta con disparar las neuronas. El «problema difícil», dice, es la existencia de la propia conciencia. El mismo cableado de nuestro cerebro nos permite disfrutar de una manzana y también nos permite imaginar que nos la comemos cuando no hay ninguna manzana cerca. La ciencia no puede explicar exactamente cómo. Ya abundaban las teorías, e investigadores como el neurocientífico Christof Koch -en colaboración con Francis Crick, el codescubridor de la molécula de ADN- buscaban lo que él llamaba los correlatos neuronales de la conciencia.

Pero donde la mayoría se ciñó a las concepciones ortodoxas de la física y la neurociencia, Hameroff llegó pregonando sus ideas más extravagantes.

Durante la Conferencia de Tucson sobre la Ciencia de la Conciencia de 2016, Hameroff fue tratado con el respeto propio de un organizador de conferencias y también fue objeto de bromas ocasionales. Por ejemplo, se oían gemidos en el público cuando Hameroff tomaba el micrófono y relacionaba lo que se acababa de presentar con su propia teoría.

Pero durante el almuerzo, en un día especialmente caluroso en el ecuador de la conferencia, Hameroff buscó un asiento a la sombra y argumentó que simplemente da lo que recibe: Sus críticos pueden formular sus juicios con sutilezas académicas, dice, pero esencialmente están diciendo que ha desperdiciado su carrera en un intento equivocado de dirigir la neurociencia hacia la pura especulación y el woo cuántico.

«Roger sigue a bordo», dice de Penrose. «Para ser sinceros, nos sentimos como si estuviéramos en lo más alto»

Penrose sigue comprometido con lo que la pareja ha publicado conjuntamente a lo largo de los años: la ciencia teórica. Difieren fuera de la página. Penrose no se ha pronunciado sobre las implicaciones filosóficas de su teoría. Hameroff ha especulado libremente sobre lo que significa todo esto. Por ejemplo, ha planteado que las experiencias cercanas a la muerte podrían reflejar algo real: una vida posterior cuántica potencialmente efímera.

El reto, por tanto, es dejar de lado las especulaciones de Hameroff y fijarse en cambio en lo que él y Penrose han publicado, y en cómo esta extraña pareja llegó a ser pareja en primer lugar.

La biografía de Hameroff, y al menos algunas de sus afirmaciones, están más firmemente arraigadas en la ciencia de lo que normalmente permiten sus críticos.

El hijo de Carnaval Barker

Hameroff nació en 1947 en Buffalo, Nueva York. Su padre, Harry, actuó como feriante y como comediante en el teatro burlesco y en el vodevil. Su abuelo Abraham fue una gran influencia para él. Le compraba al joven Stuart libros de ciencia y le enseñaba sobre Einstein. «Era una especie de diletante intelectual», dice Hameroff. «Sabía mucho sobre muchas cosas».

Cuando llegó el momento de cursar estudios superiores, Hameroff ya estaba profundamente interesado en el «problema mente-cuerpo», en esencia, el «problema difícil» de Chalmers antes de que acuñara el término.

Hameroff eligió la facultad de medicina, pero encontrar una especialidad se le resistía. ¿Neurología? ¿Psiquiatría? Durante unas prácticas en el Centro Médico de Tucson, el jefe del departamento de anestesiología le dijo que la anestesiología era clave para entender la conciencia. Así que Hameroff investigó, y su carrera en anestesiología no tardó en tomar forma.

Hameroff dice que un paciente bajo anestesia exhibe una función cerebral relativamente normal, salvo una cosa: la conciencia. Las neuronas siguen disparando, e incluso las señales de dolor recorren sus rutas normales. Pero ese dolor nunca se siente, nunca se experimenta. La ciencia de la anestesia se sitúa justo en el centro del problema difícil: permitir que los procesos computacionales «fáciles» continúen mientras se elimina selectivamente la experiencia subjetiva. Pero nadie sabe muy bien cómo.

Al principio de su carrera, Hameroff sospechó que los microtúbulos podrían proporcionar una respuesta. Los microtúbulos se descubrieron por accidente en la década de 1960. En las décadas siguientes, demostraron ser una de las estructuras biológicas más versátiles de la naturaleza. La tubulina, una proteína flexible, se ensambla en una larga cadena para crear microtúbulos. Estos tubos de 25 nanómetros de ancho -miles de veces más pequeños que un glóbulo rojo- se encuentran en todas las células de plantas y animales.

Estas estructuras huecas y cilíndricas están formadas por dos tipos de proteínas de tubulina -denominadas alfa y beta- que se unen en una sola unidad. Estas unidades se ensamblan en cadenas, formando el microtúbulo. Los microtúbulos, que se encuentran en todas las células vegetales y animales, sirven para una gran variedad de propósitos, desde estructuras de soporte hasta cintas transportadoras, y quizás incluso el asiento de la conciencia. (Crédito: Alison Mackey/Discover)

Los microtúbulos actúan como el citoesqueleto crucial, sosteniendo la estructura de las células vivas; como cintas transportadoras, trasladando componentes químicos de una célula a otra; y como motores mismos, adoptando diferentes formaciones y dividiendo los cromosomas. Durante la división celular, los microtúbulos trasladan los cromosomas de un extremo a otro de la célula y luego los colocan en las nuevas células hijas. Los microtúbulos entran en juego incluso en el exterior de las células, formando cilios y flagelos que permiten el movimiento celular. Esto hace que estas estructuras sean algo así como los Transformers de la biología.

Un microscopio especial de fluorescencia revela las estructuras del citoesqueleto que ayudan a dar forma y soporte mecánico a las células. Este citoesqueleto está formado en gran parte por las proteínas tubulinas que forman los filamentos de los microtúbulos. (Crédito: Gopal Murti/Science Source)

Hameroff llegó a creer que el microtúbulo desempeña un papel definitorio en los efectos de la anestesia: en la conciencia. Señala el paramecio unicelular como prueba. «El paramecio no tiene sistema nervioso central», dice. «No tiene cerebro ni neuronas, pero nada, busca comida, encuentra pareja y evita el peligro. Parece tomar decisiones, y definitivamente parece procesar información.»

¿Cómo? O más bien, según Hameroff, ¿dónde? En qué parte del paramecio tiene lugar este crudo tipo de cognición? Hameroff creía que podía encontrar las respuestas en la única estructura interna del paramecio: los microtúbulos, el citoesqueleto del paramecio. Y como se trata de estructuras a nanoescala, también empezó a pensar que la física cuántica podría desempeñar un papel. Pero a lo largo de la década de 1980, su investigación no obtuvo ningún reconocimiento público. Entonces, una noche de 1990, se sentó a leer el libro de Penrose The Emperor’s New Mind (La nueva mente del emperador), un sorprendente best-seller que serpentea a través de la física, la cosmología, las matemáticas y la filosofía antes de marcar una parada final y fulminante en la conciencia.

(Crédito: Dennis Kunkel Microscopy/Science Source)

En sus páginas finales, Penrose se pregunta cómo las neuronas que se disparan generan experiencia. Opina que la física cuántica podría ser necesaria para entender la conciencia.

¿Pero en qué parte del cuerpo -un lugar inhóspito para las delicadas perturbaciones cuánticas- podrían tener lugar estos sucesos? Hameroff sintió una conexión inmediata con Penrose. Y, por supuesto, pensó que los microtúbulos tenían la respuesta.

Desde lejos, los dos parecían una extraña pareja: Penrose es uno de los científicos más respetados del último medio siglo, y su trabajo en cosmología y relatividad general le ha valido altos honores. Hameroff era un relativo desconocido, que hablaba a gritos de una oscura estructura biológica. Pero en pocos años, fueron coautores de artículos juntos, y atrajeron el desprecio de una generación de colegas científicos.

Organismos unicelulares como este paramecio parecen procesar información incluso sin un cerebro o neuronas. Hameroff cree que los microtúbulos podrían explicar cómo. (Crédito: Ted Kinsman/Science Source)

Los datos llegan

En resumen, Orch-OR propone que la conciencia se origina en los microtúbulos y en las acciones dentro de las neuronas, más que en las conexiones entre ellas. Si se golpea una pelota de tenis con una raqueta, se puede utilizar la física tradicional para predecir dónde se encuentra en un punto determinado. Pero en el ámbito cuántico, esas expectativas se esfuman. Los movimientos son desconocidos hasta que se observan, según la interpretación tradicional de la mecánica cuántica. Los físicos se refieren a esta observación final, que determina lo sucedido, como una onda que «colapsa» en un único estado.

En los sistemas cuánticos dentro de la neurona, Hameroff y Penrose argumentan que es cada colapso de la función de onda lo que produce un momento de conciencia.

Hameroff y Penrose fueron culpables de invocar un misterio para resolver otro: No entendemos la conciencia, y no entendemos la física cuántica, así que tal vez se explican mutuamente…

Así que Orch-OR era y sigue siendo vulnerable a los ataques – y muchos lo hacen con tremendo gusto. Hace dos décadas, la neurofilósofa Patricia Churchland y el físico Max Tegmark fueron algunos de los que lanzaron sendos ataques. Hameroff y Penrose respondieron, y Hameroff publicó una lista de 20 predicciones comprobables que se desprenden de Orch-OR.

Esta teoría de la conciencia cuántica desarrollada por Stuart Hameroff y Sir Roger Penrose sugiere que unas diminutas estructuras celulares llamadas microtúbulos subyacen al pensamiento consciente. (Crédito: Alison Mackey/Discover)

Sin embargo, la teoría mayor sirve como una especie de distracción de algunas de las ideas de Hameroff: que la física cuántica podría desempeñar un papel no trivial en la cognición y la conciencia humanas, y que los microtúbulos -la actividad dentro de la neurona- podrían albergar estos sucesos cuánticos.

«Si hubieras especulado en esta dirección, por ejemplo, hace 10 años, te habrían tachado de chiflado», dice Neven, de Google.

La mecánica cuántica tradicional dice que un sistema físico no tiene propiedades definidas hasta que se observa, un acto conocido como colapsar una función de onda. Por ejemplo, en el clásico experimento mental de Erwin Schrödinger, un gato en una caja está vivo y muerto a la vez -lo que se conoce como superposición- hasta que se le observa como uno u otro. Así que una observación, o la propia conciencia, hace que la onda se colapse. O propone lo contrario: El colapso da lugar a la conciencia. (Crédito: Alison Mackey/Discover)
Pero los investigadores han descubierto recientemente que los efectos cuánticos son importantes para ciertos procesos biológicos, como la fotosíntesis. Cuando un fotón golpea un electrón en una hoja, éste lo entrega a otra molécula denominada centro de reacción, que convierte esa luz en energía química para alimentar a la planta. Los científicos siempre pensaron que el proceso parecía casi demasiado eficiente porque se pierde muy poca energía en exceso en el proceso.

Entonces, en 2007, los investigadores empezaron a sospechar que la física cuántica estaba detrás de esta eficiencia. El electrón podría utilizar el efecto cuántico de superposición, en el que una partícula puede estar en dos lugares a la vez, para probar varias rutas hacia el centro de reacción donde se realiza la fotosíntesis, y tomar la más eficiente. El concepto aún no está probado, pero ha ganado adeptos. Neven dice que los científicos se cuidan ahora de no descartar de plano estas ideas.

Por ejemplo, en un reciente artículo de Nature Physics, el físico Neill Lambert, del Instituto de Ciencias Avanzadas de Japón, calificó la nueva investigación sobre la fotosíntesis de notable sólo por sugerir que los efectos cuánticos pueden darse en sistemas biológicos a temperatura ambiente.

Y más recientemente, Rod Eckenhoff, investigador de la Universidad de Pensilvania y crítico de Hameroff, administró anestésicos a renacuajos para averiguar a qué moléculas se unen. Su equipo descubrió que las proteínas de la tubulina se encontraban entre ellas, y luego comprobó que si se administraba una especie de agente inverso -un fármaco estabilizador de los microtúbulos- también lo hacían los efectos anestésicos. Sigue siendo un crítico de las teorías «especulativas» de Hameroff, pero dice que su investigación sugiere que los microtúbulos podrían desempeñar «algún papel» en la conciencia.

Pero Hameroff sigue siendo controvertido. Koch, el investigador del cerebro y experto en conciencia, declinó hacer comentarios, diciendo que no quiere ser el «eterno crítico» al que todo el mundo acude para derribar la teoría de Hameroff-Penrose. Pero algunos se están acercando.

«Siempre fui bastante escéptico con las afirmaciones de Stuart sobre los microtúbulos», dice Anthony Hudetz, neurocientífico del departamento de anestesiología de la Universidad de Michigan. «Pero ahora hay datos. Y tengo que decir que creo que Stuart tiene ahora cierto impulso».

Hudetz ve los microtúbulos como un buen mecanismo potencial para explicar la anestesia. «Tengo la sensación de que toda esta teoría de los microtúbulos ha madurado realmente muy bien», dice. Para Hudetz, la clave de cara al futuro es comprobar si los eventos moleculares en el interior de los microtúbulos se relacionan realmente con los eventos cuánticos como propone Hameroff.

Y ahora, dos científicos que trabajan de forma independiente, aunque ambos se inspiran abiertamente en Hameroff, están llevando la investigación de los microtúbulos a un nivel completamente nuevo.

Dentro de la neurona

Anirban Bandyopadhyay resumió su investigación en una charla en la conferencia Science of Consciousness 2016 de Hameroff. De 1,80 metros de altura y delgado, con el pelo negro y oscuro y una amplia y alegre sonrisa, Bandyopadhyay disfruta de un trabajo de lujo para un científico de casi 40 años, dirigiendo su propio grupo de investigación en el Instituto Nacional de Ciencias de los Materiales (NIMS) de Japón. Como físico, ha estudiado el funcionamiento interno de los cerebros naturales y artificiales. Para entender el funcionamiento del cerebro, Bandyopadhyay cree que los científicos deben comprender el funcionamiento del interior de la neurona, incluido el microtúbulo.

La visión convencional es que las neuronas se disparan cuando se abre un canal dentro de la membrana celular, inundando la neurona con iones cargados positivamente. Una vez que se alcanza un umbral específico, una señal eléctrica viaja por el axón -las fibras nerviosas dentro de la neurona- y la neurona se dispara. Los axones son largos cables que conectan las neuronas con otras células. Y en el interior de cada axón hay un haz de nanocables, entre los que se encuentra el microtúbulo.

Bandyopadhyay descubrió que podía aplicar una de estas cargas específicas al microtúbulo, lo que provocaba la acumulación de actividad en la neurona. Permitiendo que la corriente continuara, podía hacer que la neurona se disparara o, cortando la señal, impedir que se disparara por completo.

Dice que este haz de nanohilos resuena como una cuerda de guitarra, disparando miles de veces más rápido que la actividad normal de una neurona. La neurona, pensó, en contra de todos los conocimientos científicos actuales, no era la causa esencial, o primera, del proceso de pensamiento humano.

«Hay que ir más profundo: a los microtúbulos», dice.

Para Bandyopadhyay, el énfasis de la ciencia moderna del cerebro en la neurona es erróneo. En ocasiones, se refiere a la neurociencia como algo parecido a la dermatología.

«La neurona es la piel», dice. «Es importante, sí, pero no lo es todo».

¿Frente o frontera?

El trabajo de 2013 de Bandyopadhyay sobre los microtúbulos requirió reajustar un microscopio especial y contratar a una empresa externa para crear una aguja con una punta de 1 por 1 nanómetro, la más pequeña jamás construida, dice Bandyopadhyay. Su equipo la utilizó para observar el interior del microtúbulo con una precisión increíble.

Bandyopadhyay introdujo la aguja en una neurona de rata para ver el microtúbulo. Mientras lo hacía, los monitores de una de las paredes de la sala parpadeaban con imágenes del nivel más diminuto de la biología animal. La siguiente serie de experimentos consistió en aplicar diversas cargas eléctricas y observar la «piel» de la neurona, así como el interior del microtúbulo. Al principio, no ocurrió nada. Pero cuando empezó a aplicar cargas de energía específicas al microtúbulo, éste respondió, vibrando y conduciendo la electricidad. Esto fue curioso, y emocionante.

Anirban Bandyopadhyay, un físico que estudia los cerebros artificiales y naturales, ha estado aplicando corrientes a los microtúbulos para ver cómo reaccionan. (Crédito: Brad Buhr)

Un microtúbulo está compuesto por muchas subunidades individuales. Si funcionaran de forma puramente clásica, como aislantes -como la madera, el vidrio y otros materiales comunes que impiden que la corriente eléctrica fluya libremente- la cantidad de resistencia a través del microtúbulo debería aumentar. Pero Bandyopadhyay descubrió algo muy diferente cuando aplicó cargas específicas de corriente alterna. Los niveles de resistencia se multiplicaron por mil millones. El microtúbulo actuaba como un semiconductor, uno de los avances más importantes de la electrónica. Se quedó asombrado ante sus propios resultados.

«Cuando obtienes resultados así -dice- te asustas. ¿Estoy equivocado de alguna manera?»

Pero lo comprobó, incluso haciendo que colegas de fuera de su laboratorio en el NIMS revisaran sus resultados. En experimentos posteriores, vio que esta actividad conductora en los microtúbulos precedía a los disparos neuronales, o a nivel de membrana. Su investigación sobre los microtúbulos se publicó en la revista Biosensors and Bioelectronics. Y tiene otro estudio aún en revisión por pares.

Los hallazgos aún deben ser replicados por otros científicos. Pero los que promocionan los descubrimientos de Bandyopadhyay se muestran filosóficos respecto a su posición.

«Si se busca la ciencia de frontera, hay que ir hasta el límite de lo conocido», dice David Sonntag, un toxicólogo que anteriormente trabajó en Tokio para el departamento de investigación y desarrollo de la Fuerza Aérea de EE.Si te equivocas», dice, «te encontrarás con su vecina loca, la ciencia marginal». La cuestión es entender cuándo se está en el punto de bifurcación. ¿Cuándo se convierte lo marginal en fronterizo?»

Por ahora, Bandyopadhyay sigue estando claramente al margen. Pero ha aportado algo nuevo al debate: un experimento que puede ser replicado, o no, y una perspectiva diferente de Hameroff.

Tiene cuidado de distanciarse de la teoría más amplia de la conciencia de Hameroff. «Esto no es de mi incumbencia», dice. Aun así, describe a Hameroff como un padre para su propia investigación. «Este hombre ya hablaba de los microtúbulos en 1982», dice. «Sólo con pensar en ellos, sin poder estudiarlos como yo, él lo sabía, y tan adelantado a todo el mundo. Me pregunté: «¿Qué clase de cerebro tiene?»

El elemento que faltaba en un circuito

También hay otro científico mucho más experimentado que trabaja en la misma línea de investigación y que está viendo resultados espectaculares en relación con los microtúbulos.

Jack Tuszynski, biofísico de la Universidad de Alberta, es un antiguo colaborador de Hameroff que crea medicamentos contra el cáncer. Sus últimos descubrimientos sugieren que los microtúbulos tienen interesantes propiedades conductoras, pero indican que también podrían ser lo que se llama «memristores.» El memristor es el tan buscado cuarto elemento de un circuito eléctrico, teorizado por primera vez por Leon Chua, un ingeniero eléctrico de la Universidad de California en Berkeley.

Chua detectó algo obvio. Los tres elementos de circuito existentes -resistencia, condensador e inductor- dependen de las relaciones entre pares que controlan cómo fluye la electricidad, cómo se almacena y cómo cambia a medida que se mueve por un circuito:

– resistencia (tensión + corriente)

– condensador (tensión + carga)

– inductor (flujo magnético + corriente)

Al estudiar los pares, Chua teorizó que debería haber un cuarto elemento del circuito que gobernara la relación entre el par «que falta»: carga y flujo. Chua acuñó el término memristor, jugando con las palabras memoria y resistencia, y a partir de ahí su trabajo fue estrictamente matemático. Si existiera un elemento de circuito de este tipo, ¿qué haría? Las ecuaciones de Chua sugerían que la resistencia eléctrica, o la conductividad, de un memristor no sería constante, como la de una bombilla, sino dinámica, y estaría determinada por la historia de la corriente que había circulado por el dispositivo.

Los circuitos eléctricos utilizan cuatro variables fundamentales: corriente, tensión, carga y enlace de flujo magnético. Las relaciones entre estas variables dieron lugar a los componentes clásicos de un circuito -resistencia, condensador, inductor- con la excepción de un par: carga + flujo. El memristor llena este hueco, creando un cuarto elemento del circuito que funcionaría como una resistencia con memoria. (Crédito: Alison Mackey/Discover)

¿Cuál es el problema? En los transistores, cualquier interrupción del flujo de electrones provoca la pérdida de datos. Los memristores, sin embargo, incorporan tanto el flujo de electrones como el de iones – átomos cargados eléctricamente.

Debido a que recuerdan la carga que ha pasado previamente por el material, la información podría conservarse incluso cuando se apaga. En los ordenadores, la innovación significa que se acabó el reinicio. Los ordenadores se encenderían como las bombillas y los discos duros pasarían a ser cosa del pasado.

La carrera por construir chips de memristores a un coste escalable para los ordenadores de consumo está en marcha, y por una buena razón: Los memristores requieren tal vez el 1 por ciento de la energía de un chip estándar. Y mientras que los chips informáticos estándar se limitan al código binario de 0s y 1s, los memristores trabajan con unidades fraccionarias de información, un desarrollo considerado clave para construir ordenadores que se comporten como el cerebro humano.

Tuszynski no estaba familiarizado con los memristores hasta que conoció a Chua en una conferencia de 2015 en la India. «Creo que los microtúbulos son memristores», le dijo Chua, revelando un antiguo interés por el trabajo de Hameroff. Chua quedó especialmente impresionado, dice, cuando escuchó a Hameroff señalar que los microtúbulos son ubicuos en la naturaleza, mientras que las neuronas no lo son. Esta idea -en realidad, una simple constatación- le pareció a Chua crucial. «Todos estos sistemas biológicos se dedican a un tipo de procesamiento de la información», dice. «Entonces, ¿cómo lo hacen?»

Pensó que Hameroff había encontrado la respuesta en los microtúbulos.

Tuszynski es muy diferente a Hameroff, su colaborador de investigación desde hace tiempo. Sólido y práctico, ha publicado más de 400 artículos en publicaciones revisadas por pares, trabajando en los terrenales campos de la medicina de precisión y la biología computacional. «Creo que Stuart es muy propenso a la especulación», dice. «En muchos aspectos, es su peor enemigo y sería mejor que se limitara un poco. Pero Stuart es un genio. Su trabajo sobre los microtúbulos, incluso antes de involucrarse con Penrose, es brillante, y es la razón por la que trabajo en los microtúbulos hoy en día».

Para probar la teoría del memristor, el equipo de Tuszynski llenó un plato con microtúbulos, proteínas de tubulina y una solución tampón, y luego añadió electricidad. A lo largo de varias semanas, descubrió un resultado fascinante. Cuanto más sustituía la solución tampón por más microtúbulos, mejor era la conductancia.

«La conductancia se duplicaba o triplicaba con el aumento de la presencia de microtúbulos», dice Tuszynski, lo que sugiere que los microtúbulos conducían mejor la energía que la solución tampón.

Además, descubrió el característico efecto memristor: Cuando invirtió el flujo de electricidad, como en una corriente alterna, la eficiencia de la conductancia aumentó, como si el microtúbulo hubiera recordado la corriente que había pasado previamente por él.

El laboratorio de Tuszynski publicó el verano pasado un artículo sobre las propiedades conductoras de los microtúbulos en Nature Scientific Reports, y está preparando otro sobre los microtúbulos como memristores. Si estos resultados se mantienen, podrían apoyar el caso de Hameroff.

El reino cuántico

La última mañana de la conferencia en Tucson, Hameroff rueda lentamente una maleta hasta el vestíbulo y se deja caer en una tumbona para ocuparse de algunas tareas administrativas más.

«Creo que ha ido bien», dice. «La gente me dice que lo ha disfrutado. Lo he organizado yo, así que puede ser una tontería. Pero creo que lo dicen en serio»

Siendo esta una producción de Hameroff, hubo bastante combate. Chalmers acusó a Hameroff de llevar la conferencia demasiado lejos en el ámbito cuántico.

Hameroff tiene una respuesta preparada. Pudo incluir tantas sesiones de conferencias orientadas a la cuántica, dice, porque la biología cuántica es un campo en crecimiento.

Por supuesto, nada de esto quiere decir que Hameroff gane este debate. Todavía tiene que replantear los límites como frontera, y puede que nunca lo haga. Pero en este momento, en el que el éxito científico es en parte una simple función de las matemáticas -¿una idea está ganando o perdiendo adeptos? – está claramente en ascenso, y eso quizá nunca sea tan evidente como cuando se levanta para marcharse.

Con una mano en el asa de su equipaje, es inmediatamente detenido. Hudetz, el anestesista que en su día despreció a Hameroff, se acerca a saludar. Le dice a su anfitrión, con aparente seriedad: «Ha sido una conferencia muy buena, Stuart. Me lo he pasado muy bien»

Hameroff le da las gracias. Bromean un poco y Hudetz se da la vuelta para marcharse. «Sabes», dice Hameroff, deteniéndolo, «deberías investigar un poco sobre los microtúbulos»

«Es curioso que digas eso», responde Hudetz. «Porque estamos hablando de ello en mi laboratorio. Hay cierto interés. Puede que lo hagamos».

Steve Volk es editor colaborador en Discover.

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