El galvanoscopio de rana era un instrumento eléctrico sensible utilizado para detectar voltaje [1] a finales del siglo XVIII y XIX. Consiste en una anca de rana desollada con conexiones eléctricas a un nervio. El instrumento fue inventado por Luigi Galvani y mejorado por Carlo Matteucci .
El galvanoscopio de ranas y otros experimentos con ranas desempeñaron un papel en la disputa entre Galvani y Alessandro Volta sobre la naturaleza de la electricidad. El instrumento es extremadamente sensible y continuó utilizándose 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 propiamente 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 molinetes cotidianos para uso en el campo se llaman amperímetros . [3] Se puede hacer una distinción similar entre electroscopios , electrómetros y voltímetros para mediciones de voltaje.
Las ranas eran un tema popular de experimentación en los laboratorios de los primeros científicos. Eran pequeños, fáciles de manejar y había un suministro listo. Marcello Malpighi , por ejemplo, utilizó ranas en su estudio de los pulmones en el siglo XVII. Las ranas eran especialmente adecuadas para el estudio de la actividad muscular. Especialmente en las piernas, las contracciones musculares se observan fácilmente y los nervios se diseccionan fácilmente. Otra característica deseable para los científicos era que estas contracciones continuaran 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 comprobar la teoría de la irritabilidad de Albrecht von Haller . [4]
Luigi Galvani , profesor de la Universidad de Bolonia , investigaba el sistema nervioso de las ranas desde alrededor de 1780. Esta investigación incluía la respuesta muscular a los opiáceos y la electricidad estática , para cuyo experimento se diseccionaron juntas la médula espinal y las patas traseras de una rana. y se retira la piel. En 1781, [5] se hizo una observación mientras se diseccionaba una rana. Una máquina eléctrica se descargó justo en el momento en que uno de los asistentes de Galvani tocaba con un bisturí el nervio crural de una rana disecada. Las ancas de la rana se movieron cuando ocurrió la descarga. [6] Galvani descubrió que podía hacer que la pata preparada de una rana (consulte la sección Construcción) se contrajera conectando un circuito metálico desde un nervio a un músculo, inventando así el primer galvanoscopio de rana. [7] Galvani publicó estos resultados en 1791 en De viribus electricitatis . [8]
En una versión alternativa de la historia de la respuesta de las ranas a distancia, las ranas se preparan para una sopa en la misma mesa que una máquina eléctrica en funcionamiento. La esposa de Galvani nota que la rana se mueve cuando un asistente toca accidentalmente un nervio y le informa del fenómeno a su marido. [9] Esta historia tiene su origen en 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 llamó la atención sobre él. [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 presenciaban Galvani y otros defensores 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 en gran medida permitirle construir un circuito enteramente con material no biológico para demostrar que la fuerza vital no era necesaria para producir los efectos eléctricos observados en los animales. experimentos. Matteucci, en respuesta a Volta y para demostrar que los contactos metálicos no eran necesarios, construyó un circuito enteramente con 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 entre la electricidad y los músculos, incluso en miembros humanos recién 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 y sus resultados ahora se explican en términos de potencial de lesión . [15]
Se extrae del cuerpo de la rana toda la pata trasera con el nervio ciático todavía adherido, y posiblemente también una parte de la médula espinal . Se pela la pierna y se realizan dos conexiones eléctricas. Estos se pueden hacer en el nervio y la pata de la anca de la rana envolviéndolos con alambre metálico o papel de aluminio, [16] pero un instrumento más conveniente es el arreglo de Matteucci que se muestra en la imagen. La pierna se coloca en un tubo de vidrio del que solo sobresale el nervio. La conexión se realiza 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 con el nervio. Matteucci también aconseja que el nervio esté bien pelado y que los contactos se puedan hacer con papel húmedo para evitar el uso de sondas metálicas afiladas directamente sobre el nervio. [18]
Cuando la anca de la rana se conecta a un circuito con un potencial eléctrico , los músculos se contraerán y la pata se contraerá brevemente. Se contraerá nuevamente cuando se rompa 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, incluido el galvanómetro electromagnético y el electroscopio de pan 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 desviaban la aguja de una brújula, y el electroscopio de pan de oro lo fue incluso antes ( Abraham Bennet , 1786). [19] Sin embargo, Golding Bird todavía podía escribir en 1848 que "los músculos irritables de las ancas de una rana eran una prueba de electricidad nada menos que 56.000 veces más delicada 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 condensador . [2]
El galvanoscopio de rana se puede utilizar para detectar la dirección de la corriente eléctrica . Para ello se necesita una anca de rana algo insensibilizada. La sensibilidad del instrumento es mayor con una pierna recién preparada y luego disminuye con el tiempo, por lo que una pierna más vieja es mejor para esto. La respuesta de la pierna es mayor a las corrientes en una dirección que en la otra y con una pierna adecuadamente insensibilizada puede que sólo responda a las corrientes en una dirección. Para una corriente que ingresa a la pierna desde el nervio, la pierna se contraerá al realizar el circuito. Para una corriente que sale de la pierna, se contraerá al romper el circuito. [21]
El principal inconveniente del galvanoscopio de rana es que la anca de rana necesita ser reemplazada con frecuencia. [22] La pierna seguirá respondiendo hasta por 44 horas, pero después de eso se debe preparar una nueva. [13]