galvanoscopio de rana

El galvanoscopio de rana era un instrumento eléctrico sensible que se utilizaba para detectar voltaje ^{[ 1 ]} a finales del siglo XVIII y durante el siglo XIX. Consiste en una pata de rana despellejada con conexiones eléctricas a un nervio. El instrumento fue inventado por Luigi Galvani y mejorado por Carlo Matteucci .

El galvanoscopio de rana, y otros experimentos con ranas, desempeñaron un papel importante en la disputa entre Galvani y Alessandro Volta sobre la naturaleza de la electricidad. Este instrumento es extremadamente sensible y se siguió utilizando hasta bien entrado el siglo XIX, incluso después de la aparición de los medidores electromecánicos .

Los sinónimos de este dispositivo incluyen rana galvanoscópica , galvanoscopio de pata de rana , galvanómetro de rana , rana reoscópica y electroscopio de rana . El dispositivo se denomina correctamente galvanoscopio en lugar de galvanómetro, ya que este último implica una medición precisa, mientras que un galvanoscopio solo proporciona una indicación. ^{[ 2 ]} En el uso moderno, un galvanómetro es un instrumento de laboratorio sensible para medir la corriente, no el voltaje. Los medidores de corriente de uso común en el campo se denominan amperímetros . ^{[ 3 ]} Se puede establecer una distinción similar entre electroscopios , electrómetros y voltímetros para mediciones de voltaje.

Las ranas eran un sujeto de experimentación popular en los laboratorios de los primeros científicos. Eran pequeñas, fáciles de manipular y abundantes. Marcello Malpighi , por ejemplo, utilizó ranas en su estudio de los pulmones en el siglo XVII. Las ranas eran particularmente adecuadas para el estudio de la actividad muscular. Especialmente en las patas, las contracciones musculares se observan fácilmente y los nervios se diseccionan con facilidad. Otra característica deseable para los científicos era que estas contracciones continuaban después de la muerte durante un tiempo considerable. También en el siglo XVIII, Leopoldo Caldani y Felice Fontana sometieron a ranas a descargas eléctricas para probar la teoría de la irritabilidad de Albrecht von Haller . ^{[ 4 ]}

Luigi Galvani , profesor de la Universidad de Bolonia , investigó el sistema nervioso de las ranas desde aproximadamente 1780. Esta investigación incluyó la respuesta muscular a los opiáceos y la electricidad estática , para lo cual se diseccionaron la médula espinal y las patas traseras de una rana, y se les retiró la piel. En 1781, ^{[ 5 ]} se realizó una observación durante la disección de una rana. Una máquina eléctrica se descargó justo en el momento en que uno de los asistentes de Galvani tocó el nervio crural de la rana disecada con un bisturí. Las patas de la rana se contrajeron al producirse la descarga. ^{[ 6 ]} Galvani descubrió que podía hacer que la pata preparada de una rana (véase la sección de Construcción ) se contrajera conectando un circuito metálico desde un nervio a un músculo, inventando así el primer galvanoscopio para ranas. ^{[ 7 ]} Galvani publicó estos resultados en 1791 en De viribus electricitatis . ^{[ 8 ]}

Una versión alternativa de la historia de la respuesta de la rana a distancia cuenta que las ranas estaban siendo preparadas para una sopa en la misma mesa que una máquina eléctrica en funcionamiento. La esposa de Galvani notó el espasmo de la rana cuando un asistente tocó accidentalmente un nervio y le informó del fenómeno a su marido. ^{[ 9 ]} Esta historia se origina con Jean-Louis Alibert y, según Piccolino y Bresadola, probablemente fue inventada por él. ^{[ 10 ]}

Galvani y su sobrino Giovanni Aldini utilizaron el galvanoscopio de rana en sus experimentos eléctricos. Carlo Matteucci mejoró el instrumento y lo dio a conocer a un público más amplio. ^{[ 11 ]} Galvani utilizó el galvanoscopio de rana para investigar y promover la teoría de la electricidad animal , es decir, que existía una fuerza vital en los seres vivos que se manifestaba como un nuevo tipo de electricidad. Alessandro Volta se opuso a esta teoría, creyendo que la electricidad que Galvani y otros defensores observaban se debía a la electrificación por contacto metálico en el circuito. La motivación de Volta al inventar la pila voltaica (precursora de la batería común de zinc-carbono ) fue principalmente para poder construir un circuito completamente con material no biológico para demostrar que la fuerza vital no era necesaria para producir los efectos eléctricos observados en los experimentos con animales. Matteucci, en respuesta a Volta, y para demostrar que los contactos metálicos no eran necesarios, construyó un circuito completamente con material biológico, incluyendo una batería de rana . Ni la teoría de la electricidad animal de Galvani ni la teoría de la electrificación por contacto de Volta forman parte de la ciencia eléctrica moderna. ^{[ 12 ]} Sin embargo, Alan Hodgkin demostró en la década de 1930 que sí existe una corriente iónica que fluye por los nervios. ^{[ 13 ]}

Matteucci utilizó el galvanoscopio de rana para estudiar la relación entre la electricidad y los músculos, incluso en extremidades humanas recién amputadas. A partir de sus mediciones, Matteucci concluyó que existía una corriente eléctrica que fluía continuamente desde el interior hacia el exterior de todos los músculos. ^{[ 14 ]} La idea de Matteucci fue ampliamente aceptada por sus contemporáneos, pero actualmente no se cree en ella y sus resultados se explican ahora en términos de potencial de lesión . ^{[ 15 ]}

Se extrae la pata trasera completa de una rana, dejando el nervio ciático aún unido, y posiblemente también una porción de la médula espinal . Se despelleja la pata y se realizan dos conexiones eléctricas. Estas pueden hacerse al nervio y al pie de la pata de la rana envolviéndolos con alambre o papel de aluminio, ^{[ 16 ]} pero un instrumento más conveniente es el dispositivo de Matteucci que se muestra en la imagen. La pata se coloca en un tubo de vidrio con solo el nervio sobresaliendo. Se realiza la conexión a dos puntos diferentes del nervio. ^{[ 17 ]}

Según Matteucci, el instrumento es más preciso si se evita el contacto eléctrico directo con el músculo. Es decir, las conexiones se realizan únicamente al nervio. Matteucci también recomienda que el nervio esté bien pelado y que los contactos se realicen con papel húmedo para evitar el uso de sondas metálicas afiladas directamente sobre el nervio. ^{[ 18 ]}

Cuando la pata de la rana se conecta a un circuito con potencial eléctrico , los músculos se contraen y la pata se contrae brevemente. Se contrae de nuevo cuando se interrumpe el circuito. ^{[ 16 ]} El instrumento es capaz de detectar voltajes extremadamente pequeños y podría superar con creces a otros instrumentos disponibles en la primera mitad del siglo XIX, incluyendo el galvanómetro electromagnético y el electroscopio de láminas de oro . Por esta razón, siguió siendo popular mucho después de que otros instrumentos estuvieran disponibles. El galvanómetro fue posible en 1820 gracias al descubrimiento de Hans Christian Ørsted de que las corrientes eléctricas desviarían la aguja de una brújula, y el electroscopio de láminas de oro fue incluso anterior ( Abraham Bennet , 1786). ^{[ 19 ]} Sin embargo, Golding Bird aún pudo escribir en 1848 que "los músculos irritables de las patas de una rana eran una prueba de electricidad no menos de 56.000 veces más delicada que el electrómetro de condensación más sensible". ^{[ 20 ]} La palabra condensador utilizada por Bird aquí significa bobina, llamada así por Johann Poggendorff por analogía con el término de Volta para capacitor . ^{[ 2 ]}

El galvanoscopio de rana se puede utilizar para detectar la dirección de la corriente eléctrica . Para ello, se necesita una pata de rana que haya sido parcialmente desensibilizada. La sensibilidad del instrumento es máxima con una pata recién preparada y disminuye con el tiempo, por lo que una pata más vieja es la más adecuada. La respuesta de la pata es mayor a las corrientes en una dirección que en la otra, y con una pata adecuadamente desensibilizada, puede que solo responda a corrientes en una dirección. Si la corriente entra en la pata desde el nervio, la pata se contraerá al cerrar el circuito. Si la corriente sale de la pata, se contraerá al interrumpir el circuito. ^{[ 21 ]}

El principal inconveniente del galvanoscopio de rana es que la pata de la rana necesita ser reemplazada con frecuencia. ^{[ 22 ]} La pata seguirá respondiendo hasta por 44 horas, pero después de eso se debe preparar una nueva. ^{[ 13 ]}

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