El galvanoscopio de rana era un instrumento eléctrico sensible que se utilizaba para detectar voltaje [1] a finales del siglo XVIII y principios del XIX. Consistía en una pata de rana desollada 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 contribuyeron a la disputa entre Galvani y Alessandro Volta sobre la naturaleza de la electricidad. El instrumento es extremadamente sensible y se siguió utilizando hasta bien entrado el siglo XIX, incluso después de que se empezaran a utilizar 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 llama apropiadamente galvanoscopio en lugar de galvanómetro , ya que este último implica una medición precisa, mientras que un galvanoscopio solo da una indicación. [2] En el uso moderno, un galvanómetro es un instrumento de laboratorio sensible para medir corriente, no voltaje. Los medidores de corriente cotidianos para uso en el campo se denominan amperímetros . [3] Se puede hacer una distinción similar entre electroscopios , electrómetros y voltímetros para mediciones de voltaje.
Las ranas eran un objeto de experimentación popular en los laboratorios de los primeros científicos. Eran pequeñas, fáciles de manipular y había una gran cantidad de ellas. 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 disecan fácilmente. 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 alrededor de 1780. Esta investigación incluía la respuesta muscular a los opiáceos y la electricidad estática , para lo cual se disecaron juntas la médula espinal y las patas traseras de una rana y se les quitó la piel. En 1781, [5] se realizó una observación mientras se diseccionaba una rana. Una máquina eléctrica se descargó justo en el momento en que uno de los asistentes de Galvani tocó el nervio crural de una rana disecada con un bisturí. Las patas de la rana se contrajeron cuando se produjo la descarga. [6] Galvani descubrió que podía hacer que la pata preparada de una rana (ver la sección Construcción) se contrajera conectando un circuito metálico de un nervio a un músculo, inventando así el primer galvanoscopio de rana. [7] Galvani publicó estos resultados en 1791 en De viribus electricitatis . [8]
Una versión alternativa de la historia de la reacción de la rana a distancia cuenta que las ranas están siendo preparadas para una sopa en la misma mesa que una máquina eléctrica en funcionamiento. La esposa de Galvani nota el tic de la rana cuando un asistente toca accidentalmente un nervio y le informa del fenómeno a su esposo. [9] Esta historia se originó 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 hizo conocido. [11] Galvani utilizó el galvanoscopio de rana para investigar y promover la teoría de la electricidad animal , es decir, que había 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 estaban presenciando se debía a la electrificación del contacto metálico en el circuito. La motivación de Volta para inventar la pila voltaica (la precursora de la batería común de zinc-carbono ) fue en gran medida permitirle 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 de material biológico, incluida 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 en la década de 1930 demostró que efectivamente existe una corriente iónica que fluye por los nervios. [13]
Matteucci utilizó el galvanoscopio de rana para estudiar la relación de la electricidad con los músculos, incluso en miembros humanos recientemente amputados. Matteucci concluyó a partir de sus mediciones que había 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 ya no se cree en ella y sus resultados ahora se explican en términos de potencial de lesión . [15]
Se extrae la pata trasera de una rana entera del cuerpo de la misma, con el nervio ciático todavía adherido y, posiblemente, también una parte de la médula espinal . Se despelleja la pata y se realizan dos conexiones eléctricas. Estas pueden realizarse en el nervio y en el pie de la pata de la rana envolviéndolos con alambre de metal 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. La conexión se realiza en 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, se realizan conexiones solo con el nervio. Matteucci también aconseja que se debe pelar bien el nervio y que los contactos con él se puedan hacer 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 un potencial eléctrico , los músculos se contraen y la pata se contrae brevemente. Volverá a contraerse cuando se interrumpa el circuito. [16] El instrumento es capaz de detectar voltajes extremadamente pequeños , y podría superar con creces otros instrumentos disponibles en la primera mitad del siglo XIX, incluido el galvanómetro electromagnético y el electroscopio de hoja 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 hoja de oro fue incluso anterior ( Abraham Bennet , 1786). [19] Sin embargo, Golding Bird todavía pudo escribir en 1848 que "los músculos irritables de las patas de una rana eran nada menos que 56.000 veces más delicados para probar la electricidad que el electrómetro de condensación más sensible". [20] La palabra condensador utilizada aquí por Bird significa una bobina, llamada así por Johann Poggendorff por analogía con el término de Volta para un 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 algo desensibilizada. La sensibilidad del instrumento es máxima con una pata recién preparada y luego disminuye con el tiempo, por lo que una pata más vieja es mejor para esto. 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 las corrientes en una dirección. Para una corriente que entra en la pata desde el nervio, la pata se contraerá al cerrar el circuito. Para una corriente que sale de la pata, se contraerá al romper el circuito. [21]
La principal desventaja del galvanoscopio de rana es que la pata de la rana debe reemplazarse con frecuencia. [22] La pata continuará respondiendo hasta 44 horas, pero después de eso debe prepararse una nueva. [13]