Es probable que todos nosotros tenemos una especie de GPS interno en nuestros cerebros que nos posibilita la orientación en el espacio. Éste ha sido el descubrimiento por el que se ha concedido el Premio Nobel de Medicina 2014 al estadounidense John O'Keefe y al matrimonio noruego formado por May Britt Moser y Edvard I. Moser.

El Instituto Karolinska de Estocolmo se ha visto en la obligación, pues, de dividir el premio en dos partes: la primera para el estadounidense y la segunda para los dos noruegos. Los galardonados compartirán un premio de 8 millones de coronas suecas (879.000 euros, 1,1 millones de dólares).

El GPS interno

Tenemos que remontarnos a 1971, cuando John O´Keefe descubrió por primera vez, en ratas, un tipo de células nerviosas en el hipocampo que se activaban cuando se encontraban en un sitio en concreto, pero que entonces se activaban otras distintas cuando se hallaban en otro lugar diferente. Estas células no estaban simplemente registrando la información visual, sino que también creaban mapa interno del entorno. O´Keefe bautizó a estas células como "células de posicionamiento".

Aquel descubrimiento constituyó la primera pista de que en nuestro cerebro existía algún tipo de sistema de posicionamiento espacial, al menos en ratas. Tuvieron que transcurrir treinta años, hasta que en 2005 May-Britt y Edvard I. Moser identificaran otras células que, de forma coordinada, definían posicionamientos e itinerarios de forma precisa. Bautizaron a estas células como "células cuadrícula" que, junto a las "células de posicionamiento" y otras células de la corteza entorrinal que reconocen la dirección de la cabeza y los límites de la estancia, proporcionaban lo más parecido a un GPS interno en el cerebro.

La investigación posterior ha mostrado finalmente cómo las células de lugar y las células cuadrícula permite determinar la posición y facilita la navegación a las personas. De esta manera podemos saber dónde estamos, cómo encontrar el camino de un punto a otro y, a la vez, podemos almacenar toda esta información para recurrir de inmediatamente a ella a fin de encontrar de nuevo el camino correcto. El descubrimiento abre nuevas oportunidades para la investigación de la función cognitiva del cerebro. Y este sistema de mapeo, probablemente, también se encuentra en el cerebro humano y otros mamíferos.

En palabras del Instituto Karolinska de Estocolmo a propósito de este hallazgo, tal y como publica EuropaPress: "los tres han resuelto un problema que ha ocupado a filósofos y científicos durante siglos: cómo el cerebro crea un mapa del espacio que nos rodea y puede dirigir nuestro camino a través de un entorno complejo".

John O´Keefe y el matrimonio Moser

De padres inmigrantes irlandeses, John O'Keefe nació en Nueva York en 1939, y fue doctor de Psicología fisiológica por la Universidad McGill de Canadá en 1967. Actualmente es director del Centro Wellcome Sainsbury de Circuitos Neuronales y Comportamiento en el University College de Londres. También es miembro de la Royal Society y de la Academia británica de Ciencias Médicas.

Por su parte, May-Britt Moser nació en 1963 en Fosnavåg, Noruega, y estudió psicología en la Universidad de Oslo junto a su futuro marido, Edvard Moser. En el año 2000 fue nombrada catedrática de neurociencia y actualmente es directora del Centro de computación neuronal en la Universidad noruega de Ciencia y Tecnología de Trondheim.

Edvar Moser Su marido nació en Ålesund, Noruega, en 1962, y es doctorado en Neurofisiología por la Universidad de Oslo. En 1996 se trasladó igualmente a la universidad de Trondheim, de la que fue nombrado profesor en 1998. Actualmente es director del Instituto Kavli para los Sistemas de Neurociencia en Trondheim.

Fotos | Flickr | Paul Vlaar |KI/CBM - The Kavli Institute at the NTNU

La idea de utilizar la física cuántica para saber dónde estamos, surgió para conocer la ubicación exacta de los submarinos. Los GPS son ineficaces debajo del agua. Actualmente los submarinos utilizan acelerómetros para medir sus movimientos, pero este sistema no es demasiado preciso y la precisión puede salvar la vida de la tripulación en una situación de emergencia.

Sin embargo, un acelerómetro cuántico utiliza un láser que puede enfriar una nube de átomos, colocados en el vacío, a una fracción de grado por encima del cero absoluto y atraparlos. Un segundo láser supervisa la medición de las perturbaciones que se producen cuando una fuerza externa, como los movimientos del submarino, afecta a los átomos. Estos cálculos actúan como sistema de posicionamiento.

Los científicos esperan probar un prototipo del acelerómetro cuántico sobre la tierra firme el próximo año e incorporar la tecnología en un submarino en 2016.

El sistema de posicionamiento cuántico es unas 1.000 veces más preciso que el GPS, el sistema podría llegar a utilizarse en nuestros coches y smartphones. El equipo que está detrás de la investigación cree que las nuevas tecnologías nos permitirán producir acelerómetros de tamaños más pequeños y conseguir su producción en serie. Una alternativa muy interesante teniendo en cuenta que los satélites GPS tienen una fecha en la que dejarán de funcionar y una vez sobrepasada se necesita sustituirlos.

Vía | New Scientist

El Sistema de Posicionamiento Global (Global Positioning System, G.P.S.) fue concebido para determinar posiciones en tierra, mar, aire o en el espacio, partiendo de las posiciones conocidas de una constelación de satélites.

Cada satélite emite una señal que es continuamente registrada por un receptor en la superficie terrestre. De este modo, si el reloj de que disponen tanto el satélite como el receptor están sincronizados, se podrá calcular el tiempo de viaje de la señal, al saber en que momento se emite la señal en el satélite y en que momento se recibe en el receptor.

Multiplicando este tiempo por la velocidad de la luz hallaremos la distancia entre cada satélite y receptor. Cada distancia define una esfera con centro en el satélite, y la intersección de 3 esferas nos daría analíticamente la posición del punto a través de sus 3 coordenadas tridimensionales (X, Y, Z).

No obstante, es muy difícil que los relojes u osciladores de los satélites y el receptor estén perfectamente sincronizados, ya que la precisión del reloj del receptor es menor que la del satélite. Para solucionar este problema necesitaremos medidas desde al menos 4 satélites.

El G.P.S. se divide en tres segmentos: segmento espacial, segmento de control y segmento usuario.

El segmento espacial contiene los satélites emisores de las señales, conocidos como Constelación NAVSTAR ( NAVigation Satellite Timing And Ranging), que consta de un mínimo de 24 satélites dispuestos en 6 planos orbitales, con 55º de inclinación con respecto al Ecuador. Dispone además de algunos satélites de recambio, por si alguno de los que están en funcionamiento fallasen.

Los satélites están a una altura de 20.200 kilómetros, y actúan como un punto de referencia conocido, transmitiendo información utilizando dos frecuencias de referencia L1=1575.42 MHz y L2=1227.60 MHz. Sobre estas frecuencias se modulan 2 códigos, llamados C/A y P. El código C/A, (Clear/Acces o Course/Acquisition), está disponible para todos los usuarios mientras que el código P (Precision-code), se reserva para usos militares.

Los satélites están distribuidos de manera que garanticen al menos 4 satélites visibles desde cualquier punto del mundo, las 24 horas del día.

El segmento de control es quien gobierna el sistema, a través de 5 estaciones situadas en Tierra con gran precisión. Estas estaciones son Hawai, Colorado Springs, Isla de Ascensión en el Atlántico Sur, Diego García en el Índico y Kwajalein en el Pacífico Norte. Estas estaciones realizan un seguimiento continuo de los satélites y pueden realizar cambios en la información transmitida por los satélites.

Por último, el sector usuario está constituido por todos los equipos utilizados para la recepción de las señales emitidas por los satélites y empleados para el posicionamiento, para la navegación o para la determinación del tiempo con precisión.

El G.P.S. es utilizado en múltiples campos como la geodesia, geofísica, geodinámica, astronomía, meteorología, topografía o cartografía. También se utiliza en la navegación marina, aérea o terrestre, en la sincronización del tiempo, para controlar flotas y maquinaría, en la localización automática de vehículos o en la exploración y en los deportes de aventura.

Vía | Libro GPS Theory and Practice Más información | GPS En Genciencia | Buscando un sustituto del G.P.S. para los satélites