Come trasformare il rumore acustico in energia utilizzabile.

"Rumore Bianco": è un segnale del tutto casuale. Nessuna informazione sul suo andamento in un qualunque intervallo di tempo, fornisce informazioni sul valore che assumerà nell'istante successivo.

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A cura di Maurizio Melis
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Il rumore è, indubbiamente, quella cosa che cerchiamo di chiudere fuori casa con i doppi vetri. Tuttavia, rumore è per i fisici qualunque tipo di vibrazione, dell'aria come di un campo elettrico, che sia sufficientemente disordinata e imprevedibile da non poter essere considerata un segnale.

Rumore è il fruscio elettromagnetico che proviene da tutte le direzioni dello spazio indistintamente, e che testimonia di un Universo neonato e assai turbolento; rumore è il sottofondo di vibrazioni registrate dai sismografi posti in tutto il mondo: si tratta in questo caso di rumore sismico, a frequenze così basse che l'orecchio non può udirlo. Rumore è anche la vibrazione delle molecole a qualunque temperatura superiore allo zero assoluto: si parla in questo caso di rumore termico. E poi c'è il rumore della sopraelevata vicino casa, quello che, come si diceva all'inizio, si sente benissimo e perciò dà parecchia noia.
Sta di fatto che laddove c'è una vibrazione c'è anche energia. Anzi, per certi versi il rumore è il nipote di tutte le energie, nel senso che qualunque sia la fonte energetica primaria e qualunque sia il processo che questa alimenta, una quota significativa dell'energia iniziale verrà infine dispersa sotto una forma che potremmo facilmente definire rumore (termico, acustico, elettronico ecc. a seconda del processo fisico). Rumore, dunque, se ne trova un po' ovunque. Per questo gli scienziati studiano da alcuni anni un modo per estrarre dal rumore l'energia che contiene. Non solo perché è una sfida stimolante, ma perchè anche questa fonte potrebbe contribuire al futuro mix energetico.
Si tratta di un compito non facile, per via dell'estrema irregolarità del rumore stesso. Tuttavia, al Laboratorio NiPS dell'Università di Perugia sono specializzati proprio in questo tipo di studi, e hanno scoperto che particolari oscillatori non lineari sono in grado di estrarre enrgia dal rumore con una buona efficienza. Ne parliamo con Luca Gammaitoni, che appunto dirige il NiPS, e Leonardo Alfonsi, direttore festival di Perugia che ha anche realizzato una mostra sul rumore.

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Il battito cardiaco stimola la formazione delle cellule del sangue.

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Lo stress meccanico provocato dal battito cardiaco nell’embrione favorisce la produzione delle cellule del sangue. Due studi su Cell e Nature.

Il battito cardiaco stimola la formazione delle cellule del sangue. Ecco perché il cuore comincia a battere tanto precocemente nell’embrione, prima che i tessuti abbiano bisogno di essere irrorati. A sostenerlo sono due studi pubblicati online rispettivamente su Cell e Nature, condotti dai ricercatori del Children’s Hospital Boston, del Brigham and Women’s Hospital e dell'Harvard Stem Cell Institute (Usa).
Nella prima delle due ricerche sono stati studiati gli embrioni di pesce zebra che, essendo trasparenti, permettono l’osservazione diretta dello sviluppo. Secondo i risultati, le sostanze che modulano il flusso sanguigno hanno un forte impatto sull’espressione del gene Runx1, principale regolatore della maturazione del sangue. A confermare l’ipotesi è stata l’osservazione dello sviluppo di embrioni che non presentavano battito cardiaco precoce né circolazione sanguigna e che quindi possedevano un corredo di cellule staminali emopoietiche fortemente ridotto.
Nel secondo lavoro sono stati studiati gli effetti della stimolazione meccanica sulle cellule staminali sanguigne negli embrioni di topo in cultura. I ricercatori hanno scoperto che la pressione indotta sulla superficie delle pareti dell’aorta determina una maggiore espressione dei geni regolatori della formazione del sangue, incluso l’Runx1. Lo stress meccanico stimola anche la formazione dei precursori delle cellule del sangue (linfociti, globuli rossi,...). In effetti, prima della comparsa del battito, l'espressione dei geni regolatori e il numero delle cellule emopoietiche erano fortemente ridotti; aumentavano se sottoposti a stimolazione meccanica.
I risultati degli studi, secondo gli autori, potrebbero portare a nuovi trattamenti per pazienti che soffrono di malattie ematiche o che devono sottoporsi a un trapianto di midollo. “Queste osservazioni rivelano un ruolo inaspettato delle forze biomeccaniche nello sviluppo embrionale”, ha commentato Guillermo García-Cardeña, del Brigham and Women's Hospital: “Il nostro lavoro mostra un legame importante tra la formazione del sistema cardiovascolare e di quello ematopoietico”. (e.r.)

L'esperienza conta

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Gli studiosi hanno analizzato i meccanismi cerebrali che influiscono sulle decisioni mediate dall'esperienza.

I ricercatori del Biotechnology and Biological Sciences Research Council (BBSRC) hanno trovato evidenza scientifica di un dato che il senso comune ha già dato per acquisito: la passata esperienza costituisce un valido aiuto quando occorre prendere una decisione sulla base di un'informazione incerta o confusa.
In sostanza, in quest'ultimo studio i ricercatori hanno dimostrato come l'apprendimento indotto dall'esperienza cambi realmente i circuiti cerebrali in modo da permettere di categorizzare velocemente ciò che percepiamo e di prendere una decisione altrettanto rapidamente.
Secondo quanto riportato sulla rivista “Neuron” da Zoe Kourtzi e colleghi dell'Università di Birmingham, l'esperienza passata ristruttura effettivamente il nostro cervello in modo che esso possa rispondere in modo appropriato in qualunque contesto.
Nello scegliere lo svolgimento dell'azione che con più probabilità avrà successo, il cervello deve interpretare ciò che vede, o in generale percepisce, attribuendo un significato a una informazione intrinsecamente incerta. Tale capacità è cruciale, per esempio, quando dobbiamo rispondere con un'azione a stimoli visivi che sono tra loro molto simili. È ciò che succede quando si cerca di riconoscere un volto amico in una folla.
Gli studiosi hanno analizzato i meccanismi messi in atto dal cervello che influiscono sulle decisioni mediate dall'esperienza misurando i segnali cerebrali di un gruppo di volontari che svolgevano un test in cui occorreva imparare a discriminare tra schemi visivi simili assegnandoli a differenti categorie.
I soggetti sottoposti al test dovevano classificare alcuni schemi visivi sulla base di due diverse regole, concepite in modo da produrre categorizzazioni tendenzialmente diverse tra loro."Il nostro utilizzo dell'imaging in combinazione con tecniche matematiche ci permette di ottenere preziose informazioni sui segnali cerebrali che indicavano le scelte adottate dai partecipanti", ha spiegato Kourtzi. "Ciò che abbiamo mostrato, è che le precedenti esperienze possono allenare i circuiti cerebrali che ci permettono di riconoscere le categorie percepite invece che semplicemente le somiglianze fisiche tra schemi visivi. Sulla base di ciò che abbiamo trovato, proponiamo un modello in cui l'informazione appresa sulle categorie è effettivamente preservata nei circuiti cerebrali nelle aree occipitali del cervello. Da queste, l'informazione viene trasferita alle aree frontali che la trasformano in decisioni flessibili e azioni appropriate che dipendono dalle richieste del compito.” (fc)

Deuterio ultradenso prodotto in laboratorio

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Secondo gli studiosi, si tratterebbe di un "metallo invertito" con i nuclei di deuterio che si muvono nel campo degli elettroni stazionari.

Un campione di deuterio ultradenso - un cubo di 10 centimetri di lato peserebbe 130 tonnellate - è stato prodotto da un gruppo di ricerca del Dipartimento di chimica dell'Università di Goteborg, in Svezia, guidato da Leif Holmlid.
Secondo le attuali conoscenze, si tratta di una forma di materia coinvolta nei processi che portano alla formazione delle stelle, e potrebbe essere presente all'interno dei pianeti giganti come Giove.
Il deuterio ultra-denso, denominato D(-1) è stato osservato in quest'ultimo studio, pubblicato sulla rivista "International Journal of Mass Spectrometry", utilizzando la tecnica di esplosione coulombiana indotta da un laser ultrapotente e misurando l'energia cinetica e la massa dei prodotti della reazione. Il valore dell'energia cinetica, in particolare, ha permesso di risalire alla distanza interatomica D-D, stimata in 2,3 ± 0,1 picometri (millesimi di miliardesimi di metro) in buon accordo con il valore di 2,5 picometri ottenuto per via teorica.
Secondo gli studiosi, si tratterebbe di un "metallo invertito" con i nuclei di deuterio che si muvono nel campo degli elettroni stazionari.
Non si tratta però di una semplice esercitazione di laboratorio: gli autori prefigurano infatti importanti applicaizoni pratiche in campo energetico.
“Un importante obiettivo della nostra ricerca è che un simile materiale possa essere utilizzato come combustibile molto efficiente negli esperimenti di fusione nucleare a confinamento inerziale innescata da laser ultrapotenti”, ha commentato Leif Holmlid.
Tale tipo di tecnologia è stata testata finora su deuterio criogenico noto anche come “ghiaccio di deuterio”, con scarsi risultati. Nella pratica infatti, è risultato molto difficile comprimere il deuterio a livelli sufficienti a raggiungere le alte temperature richieste per innecascare il processo di fusione nucleare.
Quello ora ottenuto è uno stato della materia un milione di volte più denso del deuterio criogenico, una circostanza, questa, che potrebbe rendere sufficientemente agevole superare tale difficoltà utilizzando impulsi laser di potenza elevata.
Sulle possibilità di sfruttamento tecnologico della scoperta gli autori sembrano molto ottimisti. “Se si riuscisse a produrre grandi quantità di questo materiale, il processo di fusione potrebbe diventare la sorgente energetica del futuro, e molto prima di quanto ritenuto finora”, ha concluso Holmlid.
Inoltre, gli stessi studiosi sono fiduciosi di poter progettare il processo di fusione del deuterio in modo che i prodotti finali siano esclusivamente elio e idrogeno, evitando così di ottenere trizio radioattivo, come si intende fare in alcuni modelli ipotizzati finora. (fc)

Vaccini anti-HERV per eliminare l'HIV

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Nelle cellule infettate da HIV si risvegliano i retrovirus endogeni HERV il cui genoma è integrato con quello dell'ospite. HIV ed HERV sono riconosciuti da differenti linfociti-T.

Un nuovo potenziale obiettivo molecolare, che permetterebbe di combattere l'infezione da HIV, è stato identificato dai ricercatori dell'Università della California a San Francisco e dell'Università di Toronto.I risultati della ricerca sono riportati da un articolo pubblicato on line sulla rivista "PLoS Pathogens" e dimostrano che l'infezione da HIV sarebbe in grado di riattivare genomi di antichi virus, i retrovirus endogeni umani o HERV, che sono divenuti parte del genoma di tutte le cellule umane. Da questa scoperta potrebbe partire lo studio di nuovi vaccini che, avendo come obiettivo gli HERV, possano uccidere indirettamente le cellule infettate dall'HIV.I ricercatori hanno osservato che quando il metabolismo della cellula infettata da HIV viene forzato al fine di riprodurre il virus, cade la funzionalità di alcune reazioni biochimiche di contenimento dell'espressione del genoma "fossile" di queste antiche infezioni virali. Si è così scoperto che i linfociti T che riconoscono gli HERV sono differenti da quelli che riconoscono l'HIV.

Brad Jones, uno degli autori dello studio, ha spiegato "Il sistema immunitario fatica a tenere sotto controllo l'HIV, e questo determina una progressione della malattia. Per contro, l'infezione da citomegalovirus (CMV) viene in genere controllata per tutta la durata della vita. Le cellule T specifiche contro Gli Herv hanno molto più in comune con le cellule T che uccidono il CMV di quanto che non con quelle che attaccano l'HIV. Questa è una scoperta incoraggiante che suggerisce che i linfociti T HERV-specifici potrebbero essere più efficaci dei linfociti T HIV-specifici nel controllare il virus".Keith E. Garrison, altro autore della ricerca, ha poi spiegato che "Un significativo limite di un vaccino che abbia come obiettivo l'HIV, è che di esso esistono moltissime varianti, e che è in continua mutazione. Se possiamo trovare un'altra via perché il sistema immunitario colpisca le cellule infettate dall'HIV, possiamo superare questo problema nella messa a punto di un vaccino. Gli HERV sono un buon obiettivo da sondare".

Tre proteine per riprogrammare le cellule in fibre cardiache

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L'iterazione tra Gata4, Tbx5 e Baf60c permette la ri-differenziazione di cellule mesodermiche in cellule cardiache, aprendo le porte a nuove terapie per gli infartuati.

Il mix di proteine in grado di innescare il processo per riprogrammare qualsiasi cellula in cardiomiociti (cellule cardiache) è stato scoperto da due ricercatori del Gladstone Institute of Cardiovascular Disease di San Francisco, Jan Takeuchi e Benoit Bruneau, che ne dan l'annuncio tramite un articolo su Nature.La scoperta apre le porte ad una nuova terapia basata sulla riprogrammazione cellulare, sperando che superi i deludenti risultati finora ottenuti con le staminaliNel corso della ricerca sono state identificate tre proteine, due fattori di trascrizione (Gata4 e Tbx5) e la proteina cardiaca Baf60c, che insieme hanno portato alla mutazione di cellule del mesoderma di un topo in cellule cardiache. Se il meccanismo si dimostrasse efficace anche nell'uomo in teoria sarebbe possibile riprogrammare qualsiasi cellula riparare il muscolo più importante del corpo, che di norma ha una ridottissima capacità rigenerativa.

Riprodotta la Sma di laboratorio nelle cellule staminali

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Grazie alle cellule staminali e" possibile riuscire a riprodurre una malattia in laboratorio, studiarne i vari aspetti e ipotizzare possibili terapie. E" quello che ha fatto un gruppo di ricercatori delle universita" del Wisconsin-Madison e del Missouri-Columbia in uno studio pubblicato sulla rivista Nature. Gli scienziati hanno riprogrammato in staminali pluripotenti le cellule prelevate dalla pelle di un bimbo colpito da atrofia muscolare spinale (Sma), malattia genetica neurodegenerativa. In laboratorio le cellule si comportano esattamente come nell"organismo colpito dalla patologia, dando l"opportunita" ai ricercatori di osservare il corso della malattia. Un"opportunita" del tutto nuova, resa possibile da un"altra scoperta, questa volta giapponese, che poco meno di un anno fa ha permesso di riprogrammare le cellule adulte in simil-embrionali. ""Prima si poteva lavorare su queste malattie - ha spiegato Clive Svendsen, uno degli autori dello studio - analizzando i tessuti prelevati dai pazienti dopo la morte.

In pratica, era come quando la polizia arriva sulla scena del crimine o di un incidente a fatti gia" avvenuti. Ora, con le cellule riprogrammate, si puo" replicare la malattia in laboratorio e osservare i primissimi passaggi all"origine di tutto il processo"". Oltre alle cellule del piccolo paziente, i ricercatori hanno prelevato quelle della madre sana. Le cellule sono state fatte crescere con successo e poi, grazie a una nuova tecnica, "trasformate" in "motoneuroni", che controllano i muscoli e che sono colpiti "a morte" nelle persone con Sma. Inizialmente, i due campioni cellulari non hanno mostrato differenze, ma dopo un mese solo i "motoneuroni" ottenuti dalle cellule del bimbo malato sono scomparsi. ""Proprio come accade nell"organismo che fa i conti con la Sma"", ha sottolineato Svendsen. Il prossimo passo sara" ora capire che cosa uccide i "motoneuroni" e perche" queste cellule soltanto sono il bersaglio della malattia. Sara" possibile cosi" sviluppare terapie per una patologia al momento senza cure. Lo stesso meccanismo, inoltre, potra" essere applicato ad altre malattie genetiche come la Corea di Huntington.

Federico Cesareo