Realizzato lo sfuggente " pompaggio quantistico".

Fonte: Le Scienze

Per la prima volta è stato misurato in un nanofilo il passaggio di corrente senza un voltaggio applicato, una possibilità prevista teoricamene dalla meccanica quantistica.

Un dispositivo in grado di implementare un meccanismo quantistico predetto dalla teoria ma mai osservato fino ad ora è stato realizzato da un gruppo di ricerca dell'Istituto nanoscienze del CNR (CnrNano): il pompaggio quantistico di elettroni. "Nel mondo classico, per muovere gli elettroni all'interno di un materiale conduttore, si applica una tensione ai suoi capi e gli elettroni, spostandosi, generano una corrente", spiega Francesco Giazotto, primo firmatario dell'articolo pubblicato su Nature Physics in cui è descritta la ricerca. "Ma la teoria prevede che nei dispositivi che operano secondo i principi della meccanica quantistica le cose vadano diversamente e che sia possibile generare una corrente elettrica senza applicare una differenza di potenziale dall'esterno, bensì limitandosi a sfruttare grandezze quantistiche del sistema. Più precisamente, è la variazione nel tempo di opportune grandezze quantistiche che agisce come 'meccanismo di pompaggio', inducendo così il passaggio di una corrente".L'unico tentativo sperimentale di realizzarlo, condotto nel 1999 alla Stanford University, aveva dimostrato la difficoltà di modulare nel tempo le grandezze quantistiche in un dispositivo nanoscopico e non aveva dato risultati conclusivi. Successivamente nessuno si era cimentato nell'impresa. Ora nel nuovo esperimento Giazotto e colleghi hanno utilizzato la superconduttività per modulare le variabili quantistiche e indurre il pompaggio di carica."Abbiamo sfruttato un effetto tipico della superconduttività, l'effetto Josephson, per generare i parametri quantistici dipendenti dal tempo in un dispositivo quantistico superconduttivo, noto come Squid. Ed effettivamente abbiamo misurato il passaggio di corrente senza un voltaggio applicato in un nanofilo di arseniuro di indio incluso nello Squid", spiega Giazotto. "Abbiamo poi verificato che fossero rispettate una serie di simmetrie attese per le grandezze misurate e, dopo prolungate misure, i nostri dati sperimentali sono risultati compatibili con un meccanismo di pompaggio quantistico"."Il prossimo passo - conclude il ricercatore - potrebbe essere quello di realizzare un esperimento analogo ma con materiali totalmente diversi, con l'obiettivo di studiare il ruolo del pompaggio quantistico in sistemi elettronici differenti, come nanotubi di carbonio o grafene, oggi di grande interesse sia per la ricerca che per la tecnologia".

La materia grigia degli esseri umani ha raggiunto i suoi limiti.

Fonte Daily Wired

Teniamoci stretti gli Shuttle, i computer quantistici e le nanomacchine, perché forse in futuro non riusciremo a inventare niente di più sofisticato. Che sia chiaro, agli esseri umani non mancano certo le idee, bensì la possibilità di sviluppare qualche connessione neuronale in più. Il nostro cervello, infatti, avrebbe raggiunto il massimo delle sue capacità di elaborazione dati. A dirlo non è un pessimista qualunque, ma Simon Laughlin, neuroscienziato dell’ Università di Cambridge. Secondo Laughlin, coautore di un libro sull’autonomia energetica degli organismi intitolato Work Meets Life, per potenziare le sue capacità cognitive la materia cerebrale avrebbe bisogno di quantità extra di ossigeno troppo elevate. Significa che, per far funzionare il cervello, non possiamo permetterci di spendere più carburante di quanto già non facciamo. “Il nostro cervello consuma energia per funzionare”, spiega Laughlin, “e questo dispendio di risorse è tanto elevato da limitare le performance cerebrali. Significa che c’è un limite alla quantità di informazioni che possiamo elaborare nella nostra testa”.Il problema non è tanto nelle dimensioni del nostro cervello, ma nel grado di interconnessione tra le sue cellule, i neuroni. Come in un computer, per elaborare informazioni più complesse dovremmo prima espandere la potenza del nostro processore aumentando la sua capacità di calcolo. Ma, purtroppo, la nostra centralina cerebrale consuma già il 20% dell’energia prodotta dall’intero organismo. Inoltre, anche se le dimensioni del cervello rimanessero costanti, sarebbe impossibile aumentare la densità dei suoi neuroni miniaturizzandoli ancor di più. Si tratta di un limite fisiologico che, se superato, produrrebbe più danni che benefici.

Tutti i dati raccolti dagli scienziati fanno presagire che per l’essere umano sia arrivata la fine della corsa evolutiva. Il nostro cervello non avrà mai cellule più piccole e numerose né sarà più veloce di quanto non sia già oggi. A ripetere questa triste verità c’è anche Ed Bullmore, uno psichiatra di Cambridge che lavora a fianco di Laughlin. Gli studi di brain imaging di Bullmore hanno dimostrato che nel cervello delle persone dalla mente più brillante gli impulsi cerebrali viaggiano più velocemente del solito. “Si paga un prezzo per l'intelligenza'', spiega lo studioso, ''essere più intelligenti significa migliorare le connessioni tra diverse aree del cervello e questo si scontra contro forti limiti in energia e spazio''.

E' il gene del linguaggio e della parola a regolare i circuiti neurali

Fonte Cordis

Una nuova ricerca mostra che il gene Foxp2, conosciuto per essere associato al linguaggio e alla parola negli esseri umani, aiuta a controllare i circuiti neurali del cervello. Presentato nella rivista PLoS Genetics, lo studio è stato in parte finanziato da una borsa di studio intraeuropea Marie Curie nell'ambito del Settimo programma quadro (7° PQ) dell'UE. Le scoperte aiutano a chiarire come il gene comanda particolari caratteristiche dello sviluppo del sistema nervoso, contribuendo così a gettare un ponte tra i geni e aspetti complessi dell'attività del cervello. Lo studio, realizzato da ricercatori provenienti da Francia, Paesi Bassi, Regno Unito e Stati Uniti, ha scoperto che Foxp2 agisce regolando i livelli di espressione di altri geni. I ricercatori hanno utilizzato delle tecniche su tutto il genoma per identificare gli obbiettivi principali di Foxp2. Questo sistema ha permesso loro di comprendere meglio i compiti del gene nei pathway biologici durante i processi che generano, modellano e riorganizzano il sistema nervoso. Guidato dal Wellcome Trust Centre for Human Genetics, Università di Oxford nel Regno Unito, il team afferma che Foxp2 codifica per una proteina regolatrice, accrescendo così la nostra comprensione di aspetti insoliti dell'attività del cervello. Solo un decennio fa, dei ricercatori scoprirono che mutazioni del gene umano innescano una rara forma di disturbo della parola e del linguaggio. Quindi, nei 10 anni successivi, vennero avviati molti studi sul gene umano e sulle versioni corrispondenti trovate in altre specie. Gli scienziati scoprirono, ad esempio, che la mutazione influenza l'imitazione vocale negli uccelli canterini. Dati gli scopi dello studio, il team, guidato dai dottori del Wellcome Trust Centre for Human Genetics Sonja C. Vernes e Simon E. Fisher, ha esaminato il ruolo del gene come regolatore di intensità genetico, che aumenta o diminuisce la produzione da parte di altri geni. Il loro screening di tessuto cerebrale embrionale li ha portati a individuare un certo numero di nuovi obbiettivi regolati da Foxp2. Per molti di questi obbiettivi, essi affermano, è già stato riconosciuto il loro ruolo nella connettività del sistema nervoso centrale. I ricercatori hanno scoperto che modificando i livelli di Foxp2 nei neuroni si influenzavano la lunghezza e le ramificazioni delle proiezioni neuronali, che gli esperti ritengono essere importanti nella modulazione dei circuiti del cervello in fase di sviluppo. "Noi abbiamo fatto seguire degli esperimenti funzionali ai dati sul genoma, mostrando che Foxp2 influisce sulla escrescenza dei neuriti nei neuroni primari e nei modelli di cellula nervosa," scrivono gli autori. "I nostri dati indicano che Foxp2 modula la formazione della rete neuronale, regolando in modo diretto e indiretto i mRNA coinvolti nello sviluppo e nella plasticità delle connessioni neuronali." "Studi come questo sono fondamentali per gettare un ponte tra i geni e gli aspetti complessi dell'attività del cervello," ha commentato il dott. Fisher, che guida anche il Language and Genetics Department creato di recente presso l'Istituto Max Planck di Psicolinguistica nei Paesi Bassi . "Lo studio in corso fornisce la più dettagliata caratterizzazione dei percorsi dei target di Foxp2 mai realizzata. Essa offre un buon numero di convincenti nuovi geni candidati che potrebbero essere esaminati in soggetti con problemi di linguaggio."
Per maggiori informazioni, visitare: Wellcome Trust Centre for Human Genetics: http://www.well.ox.ac.uk/home PLoS Genetics: http://www.plosgenetics.org/home.action Azioni Marie Curie: http://ec.europa.eu/research/mariecurieactions/
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Categoria: Risultati dei progettiFonte: PLoS Genetics; Wellcome Trust Centre for Human GeneticsDocumenti di Riferimento: Vernes, S. C. et al.. (2011) "Foxp2 Regulates Gene Networks Implicated in Neurite Outgrowth in the Developing Brain". PLoS Genetics, 7 (7): e1002145 DOI: 10.1371/journal.pgen1002145Acronimi dei Programmi: MS-FR C, MS-NL C, MS-UK C, FP7, FP7-PEOPLE, FUTURE RESEARCH-->Codici di Classificazione per Materia: Biotecnologia; Coordinamento, cooperazione; Scienze biologiche; Ricerca scientifica
RCN: 33670

Il sapore mutevole dei neutrini.

Fonte: Le Scienze

I ricercatori parlano di indizi e non di scoperta perché il terremoto che ha colpito il Giappone il 11 marzo 2011 ha costretto a sospendere l'esperimento per i danni all'acceleratore J-PARC, sito a meno di 200 chilometri da Fukushima. Dopo un tragitto sotterraneo di 295 chilometri, un fascio di neutrini sparato dal Proton Accelerator Research Complex (J-PARC), situato sulla costa orientale del Giappone, ha raggiunto il rivelatore Super-Kamiokande, situato sulla costa occidentale, che ha rilevato un cambiamento del loro "sapore". Se la scoperta verrà confermata, potrebbe contribuire a spiegare perché l'universo è fatto di materia, piuttosto che anti-materia. I neutrini sono particelle elementari che si possono presentare in tre modalità, o "sapori": muonici, elettronici e tau. In esperimenti precedenti, i fisici hanno misurato il cambiamento di neutrini muonici in neutrini tau e di neutrini elettronici di neutrini muonici e neutrini tau."Ma nessuno aveva visto neutrini muonici trasformarsi in neutrini elettronici", ha detto Chris Walter, della Duke University, che partecipa alla collaborazione internazionale T2K, volta specificamente allo studio di queste sfuggenti particelle. I ricercatori hanno determinato il sapore dei neutrini prima in prossimità dell'acceleratore e quindi al loro arrivo al Super-Kamiokande: sei delle 88 particelle che sono stati in grado di rilevare avevano iniziato la loro vita come neutrini muonici per trasformarsi strada facendo in neutrini elettronici. "Così com'è, questo risultato è estremamente interessante, ma siamo solo agli inizi," ha detto Walter, spiegando che purtroppo è stato possibile eseguire solamente il due per cento delle misurazioni previste a causa del terremoto che ha colpito il Giappone il 11 marzo 2011 e ha costretto alla sospensione di T2K, che si spera possa riprendere entro la fine dell'anno. Intanto, i risultati preliminari sono stati presentati per la pubblicazione sulle Physical Review Letters.Oggetto della misurazione è un parametro fondamentale,il cosiddetto theta-13, che controlla il passaggio da neutrino muonico a elettronico. "La buona notizia è che abbiamo indizi che theta-13 è grande, e che può essere 'abbastanza' grande": se theta-13 è grande, può permettere agli scienziati di misurare la differenza fra le oscillazioni dei neutrini e degli anti-neutrini. Nell'universo primigenio, spiega Walter, "qualcosa ha causato l'esistenza di un po' più di materia rispetto all'anti-materia. Quando materia e anti-materia si sono annientate, è rimasto quel po' di materia in più, che è tutto ciò che vediamo oggi. Ma non si capisce come sia successo. La differenza tra le proprietà di neutrini e anti-neutrini che potremo misurare negli esperimenti futuri potrebbero dare indizi su come la materia sia stata generata in eccesso." (gg)

Un filmato in 3-D del modo in cui cambia il cervello mentre si sviluppa l'azione di un farmaco anestetico.

Fonte: Le Scienze

I risultati di uno studio corroborano l'ipotesi secondo cui la coscienza sarebbe la manifestazione di una efficiente collaborazione di differenti gruppi di cellule cerebrali. Per la prima volta un gruppo di ricercatori è stato in grado di osservare che cosa succede al cervello nel momento in cui si perde conoscenza. Grazie a sofisticate apparecchiature di imaging sono stati in fatti in grado di ricostruire un filmato in 3-D del modo in cui cambia il cervello mentre si sviluppa l'azione di un farmaco anestetico. Il filmato è stato presentato e illustrato al Congresso europeo di Anestesiologia in corso ad Amsterdam.Secondo i ricercatori, diretti da Brian Pollard dell'Università di Manchester, la perdita di coscienza implica un cambiamento in profondità di attività elettrica cerebrale, con un'alterazione dell'attività di alcuni gruppi di neuroni che ostacola la comunicazione tra le diverse parti del cervelloI risultati sembrano così corroborare l'ipotesi secondo cui la coscienza sarebbe la manifestazione di una efficiente collaborazione di differenti gruppi di cellule cerebrali, in funzione anche degli stimoli sensoriali disponibili, e che essa non costituisca uno stato "tutto o niente", ma che sia paragonabile piuttosto a un varialuce, che si modula in rapporto a crescita, umore, farmaci ecc. Quando una persona viene anestetizzata, diversi piccoli gruppi di neuroni o collaborano meno o inibiscono la comunicazione con altri gruppi. Per realizzare il filmato, i ricercatori sono ricorsa a una variante della tecnica di imaging tomografia a impedenza elettrica (EIT), chiamata FEITER (functional electrical impedance tomography by evoked response), che consente la visualizzazione ad alta velocità e il monitoraggio in profondità dell'attività elettrica cerebrale."Siamo stati per la prima volta in grado di vedere in tempo reale una perdita di coscienza in regioni anatomicamente distinte del cervello. Stiamo lavorando per cercare di interpretare i cambiamenti che abbiamo osservato. Ancora non sappiamo esattamente che cosa succeda al suo interno quando si verifica una perdita di coscienza, ma questo è un altro passo nella direzione della comprensione del cervello e le sue funzioni", ha concluso Pollard. (gg)

Realizzato un fascio laser con una lunghezza d'onda di 1,2 Angstrom, la più breve mai misurata.

Fonte: Le Scienze

Laser con lunghezze d'onda così brevi permettono di osservare direttamente e di manipolare oggetti a scala atomica, con uno spettro di applicazioni che va dalla medicina alla progettazione di nuovi farmaci. Il centro di ricerca giapponese RIKEN e il Japan Synchrotron Radiation Research Institute (JASRI) hanno realizzato un fascio laser con una lunghezza d'onda di 1,2 Angstrom, la più breve mai misurata.
L'incredibile risultato è stato raggiunto utilizzando il SACLA (Spring-8 Angstrom Compact free electron Laser) un laser a elettroni liberi a raggi X (XFEL), presentato presso il RIKEN nel febbraio di quest'anno ad Harima, in Giappone, che apre al strada allo studio della struttura di atomi e molecole a un livello di dettaglio mai raggiunto finora.
L'uso della radiazione laser per indagare la struttura della materia, inconcepibile fino a pochi anni fa, sta letteralmente trasformando le tecniche di visualizzazione del mondo atomico. Grazie a lunghezze d'onda molto più brevi e intensità molto maggiori rispetto ad altri laser, l'XFEL permette di osservare direttamente e di manipolare oggetti a scala atomica, con uno spettro di applicazioni che va dalla medicina alla progettazione di nuovi farmaci.
Il SACLA, uno dei due dispositivi al mondo a offrire questa nuova sorgente di luce, ha la capacità di produrre radiazione un miliardo di volte più energetica e con impulsi mille volte più corti di qualunque altra sorgente di raggi X. Nel marzo di quest'anno, l'impianto ha posto una prima pietra miliare con accelerazioni di fascio fino a 8 GeV e generazione spontanea di raggi X di 0,8 Angstrom.
Solo tre mesi dopo, è stato raggiunto un secondo risultato fondamentale: il 7 giugno il SACLA ha incrementato con successo la densità del fascio di elettroni di alcune centinaia di volte e lo ha diretto con una precisione di alcuni micron per produrre un laser a raggi X con una lunghezza d'onda di soli 1,2 Angstrom. La nuova misura è ben oltre il precedente record di 1,5 Angstrom stabilito nel 2009 nell'unica altra struttura operativa di XFEL del mondo, il Linac Coherent Light Source (LCLS) degli Stati Uniti. (fc)

Il ruolo del rame nel Parkinson

Fonte: Le Scienze

Scoperto il modo in cui il rame determina un anomalo ripiegamento di una proteina, l'alfa-sinucleina, portando alla formazione delle fibrille che caratterizzano la malattia. Il modo il cui il rame induce un ripiegamento anomalo di una proteina associata alla malattia di Parkinson, portando alla formazione delle caratteristiche placche fibrillari è stato chiarito da una ricerca condotta presso la North Carolina State University. La proteina coinvolta, l'alfa-sinucleina, è infatti il componente principale delle placche fibrillari.Da tempo si era scoperto che alcuni metalli, fra cui il rame, possono aumentare il tasso di ripiegamento anomalo di questa proteina, aumentandone la deposizione in fibrille, ma non eran noti i meccanismi che intervengono nel processo. "Sapevamo che il rame era in grado di interagire con una certa sezione della proteina, ma non avevamo un modello di ciò che stava accadendo a livello atomico", osserva Rose Frisco, prima firmataria dell'articolo pubblicato su Nature Scientific Reports che descrive la ricerca.Il problema del modo in cui si ripiegano le proteine per assumere la specifica conformazione indispensabile alla loro funzionalità rappresenta un problema estremamente complesso anche dal punto di vita matematico, tanto che fino a pochi anni fa era considerato alla di fuori delle possibilità di elaborazione dei più potenti computer. In questo caso a tale complessità si aggiungeva quella di identificare i possibili siti di interferenza da parte del rame. Per poter fra fronte alla mole di calcoli necessari per risolvere le equazioni che descrivevano il processo, i ricercatori sono dovuti ricorrere al supercomputer Jaguar dell'Oak Ridge National Laboratory."Comprendere il meccanismo molecolare della malattia di Parkinson potrebbe aiutare i ricercatori nello sviluppo di nuovi farmaci che curino la malattia e che non si limitino ad alleviare i sintomi", ha osservato Jerzy Bernholc, coautore della ricerca. (gg)