Los sonidos de la ciencia

Bioquímico Martin Gruebele se pone regularmente unos auriculares en su laboratorio de la Universidad de Illinois. Pero en lugar de música, escucha una cacofonía de ruidos estrepitosos y estridentes, como si un grupo de robots estuviera discutiendo a gritos.

¿La recompensa por este dolor? Estos sonidos ayudan a Gruebele a entender cómo las proteínas de nuestro cuerpo interactúan con el agua.

Las moléculas proteicas se pliegan como transformadores que cambian de forma para llevar a cabo funciones celulares vitales en nuestro cuerpo. Cuando las cosas van mal, las proteínas mal plegadas pueden formar placas en el cerebro, un proceso que se cree que es la causa de enfermedades neurodegenerativas como el Alzheimer.

Gruebele ha ideado simulaciones por ordenador para comprender el plegamiento de las proteínas, que se produce principalmente en el agua del interior de nuestras células. Pero las interacciones entre una proteína y billones de moléculas de agua son demasiado complejas -y ocurren demasiado rápido- para que él pueda verlas en sus simulaciones.

Por eso las escucha.

“Tienes que pensar en ese sonido del mismo modo que piensas en un gráfico en lugar de en un cuadro”, afirma Gruebele.

Utiliza un programa informático llamado Kyma para añadir un sonido específico a cada uno de los numerosos enlaces que se producen al plegarse la proteína. Cuando se reproduce, el sonido pone orden en el caos resaltando qué interacciones concretas dominan.

“Puedo cerrar los ojos y decir: ‘Ajá, se acaba de formar un enlace de hidrógeno entre proteína y agua'”, explica mientras se reproduce la pista. “Una vez que lo he oído, puedo volver a la simulación y acercarme a esa molécula de agua concreta y averiguar cuál era y dónde estaba formando el enlace”.

Gruebele forma parte de una creciente comunidad de investigadores que utilizan el sonido para transmitir fenómenos científicos. Es el equivalente auditivo de la visualización de datos, y sus partidarios lo llaman “sonificación de datos”.

El concepto no es totalmente nuevo. Uno de los primeros ejemplos de uso del sonido para representar datos es el dosímetro o contador Geiger. Este instrumento se diseñó en 1928 para indicar la cantidad de radiactividad en un lugar determinado mediante chasquidos. Cuanto más rápidos eran los chasquidos, más peligroso era el entorno. Es una forma sencilla de señalar el peligro en un lugar que, literalmente, intenta matarte.

El contador Geiger era un dispositivo mecánico. Pero hoy, con el audio digital, cualquier dato puede convertirse en sonido.

Kyma fue desarrollado por Carla Scaletti, compositora e ingeniera de sonido afincada en Urbana-Champaign. Su propósito original era totalmente hollywoodiense: se utilizó en tres películas de Star Wars y en el filme de animación “Wall-E”. Su interfaz de usuario permite conectar sonidos individuales como si fueran componentes de un circuito eléctrico. El resultado es una herramienta versátil que puede producir infinitas combinaciones de audio, incluso una banda sonora de biología humana.

Scaletti cree que la sonificación debe guiarse únicamente por los datos.

“Tienes que ser capaz de escuchar y analizar lo que oyes y no quedarte sentado y dejar que te inunde emocionalmente”, afirma.

Pero para otros, como el químico oceánico y saxofonista Noah Germolus, los sonidos de la ciencia suenan más cerca del sonido de la música.

Germolus, estudiante de doctorado que estudia la química oceánica, recoge muestras de agua del Atlántico y el Caribe y las lleva a su laboratorio de la Woods Hole Oceanographic Institution en Falmouth, Massachusetts. Allí pasa las muestras por una serie de instrumentos de análisis químico que miden la abundancia de nutrientes esenciales para la vida marina, como el carbono, el nitrógeno y el fósforo.

Los datos se registran en su ordenador y luego se refunden en un pentagrama musical.

“Tomo la intensidad [of chemicals] y la traduzco a notas en un pentagrama”, explica Germolus. Los datos correspondientes a concentraciones bajas de sustancias químicas son notas más bajas, y las concentraciones altas son notas más altas.

La partitura resultante refleja la diversidad de los entornos submarinos. Hay desiertos y oasis en función de la riqueza de nutrientes y de la vida marina que atraen.

Todo ello se refleja en la música de Germolus. Su banda sonora favorita es la del yermo océano profundo.

“Creo que suena un poco melancólico”, dice. “La expresión que se supone que transmite es… eres un microbio flotando, el agua misma no se mueve mucho, tú no te mueves mucho, tu metabolismo es lento”.

Germolus había registrado la cantidad de carbono orgánico disuelto, el ingrediente característico de la vida. Sabía que escasearía a más de un kilómetro y medio bajo la superficie, así que el tono desolador no fue una sorpresa.

Perolas sorpresas son bienvenidas. Germolus recordaba haber escuchado datos de la superficie del océano y oír un sol agudo entre un montón de notas graves, lo que le hizo preguntarse: “¿Qué es eso? ¿Qué está pasando aquí?”.

La transición repentina podría ser un marcador de compuestos aromáticos, dijo. “Ese tipo de cosas son interesantes e importantes, sobre todo en lo que se refiere tanto a los contaminantes como a los compuestos orgánicos”.

Mientras Germolus hace una especie de jazz con los nutrientes oceánicos, Jon Bellona utiliza la sonificación de datos para ayudarnos a escuchar la respiración de los océanos.

Trabajando con datos oceánicos recogidos en 2017, Bellona utiliza un software para rastrear el movimiento del dióxido de carbono dentro y fuera del agua. Cuando las frías aguas invernales succionan dióxido de carbono de la atmósfera, escucha sonidos bajos y retumbantes. Cuando los océanos más cálidos exhalan el gas en verano, oye un sonido como de olas chocando contra la orilla.

“La sonificación puede ayudar a los investigadores en su trabajo diario”, explica Bellona, artista sonora de la Universidad de Oregón. Es buena para “descubrir nuevos patrones que no podemos ver y, al mismo tiempo, para ser inclusivos”.

Amy Bower, oceanógrafa del Instituto Oceanográfico de Woods Hole, dijo que estaba impresionada por la pista oceánica de Bellona.

Bower es legalmente ciega. Mientras estudiaba, le diagnosticaron retinitis pigmentosauna enfermedad que hace que la visión se deteriore lentamente con el tiempo.

“Llevo años investigando qué tengo a mi alcance para acceder a gráficos y datos”, afirma Bower. Pero sin mucho éxito: el hecho de que la ciencia se base tanto en gráficos y diagramas es un obstáculo enorme para los investigadores con discapacidad visual como ella.

La sonificación de datos cambia esta situación. Al escuchar el audio de Bellona, “pude reconstruirlo como solía hacer cuando miraba un gráfico”, afirma.

Kimberly Arcandexperta en visualización de datos del Observatorio de Rayos X Chandra de la NASA, considera que la sonificación no es más que otra forma de traducir datos de una forma a otra. Es algo que los astrónomos ya hacen todo el tiempo para mejorar su comprensión de la luz que está fuera de la estrecha banda de longitudes de onda que nuestros ojos pueden detectar.

“Lo que el ojo humano puede ver es sólo una pequeñísima parte de lo que hay en el universo”, explica Arcand. “Es como el do central y un par de teclas a cada lado en el teclado de un piano”.

Muchas imágenes del espacio, incluidas las infrarrojas publicadas recientemente por el telescopio espacial James Webb, se han traducido a luz visible que los humanos pueden percibir, señaló, “así que ¿por qué no hacer lo mismo con el sonido?”.

Por un lado, hace accesible la astronomía a quienes no pueden ver.

Consideremos una imagen del centro de la Vía Láctea creada con datos de los telescopios espaciales Hubble (que capta la luz visible), Spitzer (que ve las longitudes de onda más largas de la luz infrarroja) y Chandra (que capta los rayos X de longitud de onda más corta). Arcand asigna sonidos distintos a las diferentes longitudes de onda de la luz, que los usuarios pueden escuchar a medida que el cursor se desplaza de izquierda a derecha.

La salpicadura de las estrellas se transmite mediante el tintineo de campanillas de viento, mientras que el gas y el polvo interestelares generalizados dibujan notas de cuerda sostenidas. Los lugares con emisiones de rayos X de alta energía emiten profundas notas de piano. Toda la sinfonía se combina en un crescendo en el centro mismo de la galaxia, donde un agujero negro supermasivo está envuelto por materia cósmica extremadamente densa.

Los discapacitados visuales han descrito la traducción auditiva de Arcand con palabras como “espeluznante”, “aterradora”, “encantadora”, “magnífica” y “sobrecogedora”. Pero lo que más le gratificó fue concienciar al público vidente de que “hay personas que no pueden ver el universo como lo están viendo ahora”.

Bower dijo que hay dos escuelas de pensamiento sobre tomarse libertades con los sonidos.

“Si el propósito es sólo conseguir que el público se entusiasme con la ciencia, entonces estoy a favor de que sea tanto como un arte”, dijo el oceanógrafo. “Pero si es para la ciencia, hay que ser fiel a los datos”.

Mark Temple, biólogo molecular de la Universidad de Western Sydney, sonifica los datos con ambos objetivos en mente.

“Tengo una motivación científica y otra musical. Las mantengo independientes”, explica Temple, que fue batería del grupo australiano de pop indie Hummingbirds.

Hoy se le puede describir como el “DJ del ADN”. Asigna una nota distinta a cada una de las cuatro bases de la molécula de ADN: A, C, G y T.

Escuchando una larga cadena de código genético,”se pueden distinguir fácilmente las secuencias de ADN repetitivas de las secuencias de ADN más complejas”, afirma Temple.

Por ejemplo, las personas con enfermedad de Huntington tienen un segmento de tres letras de un gen concreto que se repite con mucha más frecuencia que en las personas que no padecen la enfermedad. En la sonificación que Temple hace de este gen, el signo revelador de la enfermedad de Huntington suena como un disco rayado.

La discografía DNA de Temple ha evolucionado en estilo musical. Sus temas más recientes incorporan más variaciones, como sonidos únicos que marcan el inicio y el final de un gen, notas adicionales para las partes activas del ADN y armonías de fondo para las secuencias inactivas intermedias. Una composición reciente basada en el gen de la proteína espiga del coronavirus, que tiene 4.000 letras químicas, dura unos cuatro minutos.

Temple también ha creado una aplicación web que permite a cualquiera conectar y reproducir su propio ADN secuenciado por una empresa como 23andMe o Ancestry.com.

“Si tienes una enfermedad genética, y tienes algo que quieres intentar comprender, creo que reproducir la diferencia entre un individuo sano y uno enfermo -para que resalten las diferencias- sería interesante para la gente”.

Cuando se trata de sonificación, cada creador tiene objetivos, usos y audiencias diferentes. También tienen sus propias formas de crear sonidos, desde el software de diseño sonoro de Scaletti y los algoritmos de codificación del ADN de Temple hasta las partituras de Germolus.

Pero todos coinciden en que ninguna herramienta puede hacerlo todo por sí sola.

“Si quieres crear cosas, necesitas tener las herramientas para hacerlo. Y tienen que ser fáciles e intuitivas de usar”, afirma Gruebele. (Esto también es válido para los gráficos visuales, un campo para el que existe mucho software que todo el mundo puede utilizar).

Bower y Bellona trabajan para desarrollar métodos universales de sonificación, que serán el centro de un próximo proyecto llamado Océanos Accesibles.

Esperan que más investigadores comprendan el valor de utilizar el sonido para presentar y analizar datos. Para una disciplina que se esfuerza por dar sentido al mundo en que vivimos, la sonificación representa “un cambio realmente emocionante” en la forma en que los científicos pueden utilizar otros sentidos para comunicar información.

Scaletti está de acuerdo en que el sonido puede transmitir mucho significado.

“La gente lo sabe por el lenguaje”, dijo, “pero creen que todo lo demás es música”. Por eso está creando un nuevo nicho en el paisaje sonoro humano para la ciencia.