Scoperte 'firme' della coscienza nel cervello in stato vegetativo. Indicano la presenza di reti di neuroni ancora intatte.

I circuiti cerebrali alla base della coscienza risultano essere ben conservati in alcuni pazienti in stato vegetativo (fonte: Srivas Chennu)

Fonte: ANSA Scienze 

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Scoperte 'firme' della coscienza nascoste nel cervello di persone in stato vegetativo. Le tracce, rilevabili con l'elettroencefalogramma, appartengono ai circuiti nervosi che potrebbero sostenere la coscienza anche nei casi in cui questa funzione sembra assente. Lo rivela una nuova ricerca coordinata dall'università britannica di Cambridge e pubblicata sulla rivista Plos Computational Biology. I risultati dello studio potranno aiutare i medici a identificare meglio quei pazienti che sono coscienti anche se incapaci di comunicare.

L'aiuto della matematica
Due gli strumenti fondamentali per raggiungere questo obiettivo: un elettroencefalogramma ad alta densità, per registrare in maniera precisa l'attività del cervello, e la teoria matematica dei grafi, per ricostruire l'architettura delle reti di neuroni alla base della coscienza. Unendo queste due tecniche di analisi, i ricercatori di Cambridge hanno messo a confronto il cervello di persone sane con quello di 32 pazienti in stato vegetativo o di minima coscienza.

La 'casa' della coscienza ancora intatta
Hanno così scoperto che i circuiti cerebrali alla base della coscienza sono generalmente compromessi nello stato vegetativo, ma non in tutti i casi: in alcuni pazienti, infatti, queste reti nervose appaiono ben conservate e lasciano la loro 'firma' nell'elettroencefalogramma. Si tratta di pazienti che in precedenza avevano già dato segni di coscienza nascosta, per esempio eseguendo comandi (come quello di immaginare di giocare a tennis).
Uno strumento per monitorare il recupero
I ricercatori sono fiduciosi che presto si potrà rilevare il recupero dei circuiti cerebrali perfino prima che si manifestino comportamenti legati al miglioramento. ''In ogni caso - precisano - bisogna ancora lavorare molto per trasformare questi progressi scientifici in strumenti affidabili da usare al letto del paziente''.

"Dalla teoria dell'informazione al concetto di Anima" (articolo)

Fotografato l'innesco delle reazioni alla base della vita. E' il moto ultraveloce degli elettroni.

Un impulso di luce attraversa l'aminoacido fenilalanina dando origine al moto ultraveloce degli elettroni (fonte: Nicoletta Calegari)

Fonte: ANSA Scienze

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Fotografato per la prima volta l'innesco di tutte le reazioni chimiche alla base della vita: è il moto ultraveloce degli elettroni, immortalato grazie a brevissimi impulsi di luce all'interno di uno dei 'mattoni' delle proteine. Il risultato, pubblicato su Science, si deve ad una collaborazione internazionale che ha come capofila il Politecnico di Milano insieme all'Università di Trieste e l'Istituto di fotonica e nanotecnologie (Ifn) del Cnr di Milano e Padova.

Le applicazioni pratiche della scoperta
Lo studio potrà essere molto utile per capire, dal punto di vista atomico, l'azione delle radiazioni ionizzanti usate nella radioterapia contro i tumori, ma non solo: potrà avere ricadute pratiche nello sviluppo di celle solari più efficienti, nella realizzazione di microprocessori ultraveloci e potrà dare un grande impulso all'elettronica del futuro, quella molecolare, in cui i componenti elettronici saranno rimpiazzati da molecole.

Il processo più veloce in biologia
Il movimento ultraveloce degli elettroni è stato catturato all'interno dell'aminoacido fenilalanina usando flash di luce della durata di alcuni miliardesimi di miliardesimo di secondo, che hanno consentito di seguire i primissimi istanti del processo più veloce mai osservato in una struttura biologica.

Il filmato degli elettroni
I singoli fotogrammi del filmato mostrano come gli elettroni si muovano all'interno della struttura su scale temporali che precedono qualunque movimento dei nuclei degli atomi che costituiscono la molecola. Spiegare come gli elettroni si muovono su scala infinitamente piccola è essenziale per la comprensione di numerosi processi biologici, dato che le primissime fasi di tutte le reazioni chimiche alla base della vita sono dominate e indirizzate dal moto ultraveloce degli elettroni.

"Sulla nascita della vita" (articolo)

Verso i supercalcolatori: un progetto dell'UE migliora l'efficienza energetica nell'informatica ad alte prestazioni.

Fonte: Cordis 

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Il progetto EXA2GREEN, finanziato dall'UE, sta preparando il terreno per il calcolo exascale, migliorando l'efficienza energetica del calcolo ad alte prestazioni.
I computer exascale, i cosiddetti supercomputer del futuro, sono macchine in grado di effettuare almeno 1 018 operazioni al secondo. Il ritmo di lavoro in exascale è inconcepibilmente immenso e offre la prospettiva di un progresso trasformativo in vari campi: energia, sicurezza nazionale, ambiente, economia e importanti questioni scientifiche. Il percorso dell'exascale è tuttavia costellato da numerose sfide complesse, una delle quali è il consumo energetico. Il progetto EXA2GREEN, finanziato dall'UE, ha raccolto questa sfida e sta sviluppando un paradigma di calcolo completamente nuovo che tiene conto dell'energia e una metodologia di programmazione per il calcolo exascale.

Composto da un'equipe di ricerca interdisciplinare di esperti di calcolo ad alte prestazioni provenienti da Germania, Svizzera e Spagna, il team di EXA2GREEN si sta occupando in particolare di tre attività. Innanzitutto, lo sviluppo di strumenti per misurare le prestazioni e il consumo energetico dei calcoli. In secondo luogo, l'analisi dei kernel esistenti e ampiamente usati e lo sviluppo di nuovi algoritmi efficienti dal punto di vista energetico. E infine, l'ottimizzazione di un modello climatico ad alta intensità di calcolo per ottenere una significativa riduzione del consumo energetico nelle simulazioni climatiche. Per questo terzo elemento, EXA2GREEN sta usando il modello di previsioni meteorologiche COSMO-ART, come esempio di una simulazione impegnativa il cui profilo energetico è attualmente lontano dall'essere ottimale.

Attualmente il team ha svolto i due terzi delle attività del progetto e sta facendo grandi progressi. EXA2GREEN ha già sviluppato uno strumento per analizzare le prestazioni e lo spreco di energia delle applicazioni scientifiche parallele. Questo in definitiva permetterà agli scienziati e ai tecnici di identificare fonti di inefficienza energetica e di ottimizzare il codice di applicazione. I membri del team hanno inoltre prodotto modelli precisi per la caratterizzazione e la previsione di tempo-potenza-energia di diversi kernel di calcolo elementari e hanno studiato l'impronta energetica e il profilo di prestazioni di COSMO-ART su varie piattaforme di calcolo ad alte prestazioni.

Il prof. Vincent Heuveline, coordinatore di EXA2GREEN presso l'Università di Heidelberg, sottolinea l'importanza della collaborazione in termini dei risultati del progetto e osserva: "Il nostro consorzio interdisciplinare di progetto comprende partner dei settori del calcolo ad alte prestazioni, dell'informatica, della matematica, della fisica e dell'ingegneria. I partner contribuiscono con le loro competenze specifiche alla collaborazione per affrontare gli argomenti di ricerca".

Il viaggio di EXA2GREEN non è stato sempre facile, come spiega il prof. Heuveline: "Le attuali architetture di computer in grandi sistemi di calcolo ad alte prestazioni consumano enormi quantità di energia. Può risultare molto difficile ispezionare e capire tutti i possibili dissipatori di energia in queste piattaforme. Per capire il consumo energetico delle applicazioni, usiamo due tipi di dispositivi di misurazione della potenza, misuratori di potenza esterni e interni, e otteniamo ulteriori informazioni dai sensori dell'hardware. Associando questi dati provenienti da diverse misurazioni, otteniamo una visione dettagliata del consumo di energia".

Sono in programma molti sviluppi per l'ultimo anno del progetto. Uno dei prossimi passi riguarda lo sfruttamento delle conoscenze acquisite durante la prima fase del progetto per sviluppare implementazioni a risparmio energetico di alcuni degli algoritmi considerati. Il team userà inoltre lo schema di misurazione potenza-prestazioni per lavorare su una valutazione energetica del sistema di modello di COSMO-ART e provare ad applicare, dove possibile, tecniche a risparmio energetico.

I membri di EXA2GREEN sono sicuri che il loro lavoro darà un contributo prezioso per migliorare macchine di oggi e per ottenere un calcolo exascale più efficiente dal punto di vista energetico. Il prof. Heuveline osserva: "Oltre all'evidente valore intrinseco dei nuovi algoritmi a risparmio energetico che sono in grado di risolvere gli stessi problemi consumando meno energia, questo lavoro è estremamente importante per sviluppare una nuova visione olistica sul calcolo a risparmio energetico. Il nostro obiettivo generale non è solo di usare meglio le macchine di oggi, ma anche di guidare lo sviluppo dell'hardware e degli algoritmi futuri nella giusta direzione verso la prossima generazione di supercomputer exascale".

EXA2GREEN fa parte dell'iniziativa proattiva FET (Tecnologie future ed emergenti) "Minimizzare al massimo il consumo energetico del calcolo".

Per maggiori informazioni, visitare:
http://exa2green-project.eu/

Costruito il generatore elettrico più sottile del mondo. Servirà per i futuri computer indossabili.

Costruito il generatore elettrico più piccolo del mondo (fonte: Rob Felt/Georgia Tech)

Fonte: ANSA Scienze  

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È stato costruito il generatore elettrico più sottile del mondo: ha lo spessore di un atomo e genera energia dal movimento. Integrato nei vestiti, può convertire i movimenti del corpo in elettricità per ricaricare a esempio il cellulare. È la base per una nuova generazione di dispositivi che generano elettricità, trasparenti, leggerissimi, estremamente flessibili. Realizzato negli Stati Uniti, il dispositivo è stato descritto su Nature dai ricercatori della Columbia University e del Georgia Institute of Technology.

Un materiale sottilissimo
Il generatore è stato realizzato con un materiale a due dimensioni, chiamato bisolfuro di molibdeno. Il dispositivo produce elettricità grazie a un effetto chiamato piezoelettrico, in cui lo stiramento o la compressione di un materiale generano una tensione elettrica. In questo caso è lo stiramento del materiale a generare corrente elettrica.

Computer indossabili
L'effetto è stato teorizzato ma mai osservato in materiali sottilissimi come questi, dello spessore di uno o pochi atomi. Generatori di questo tipo, che convertono in elettricità l'energia meccanica dell'ambiente o del corpo umano, potrebbero essere usati anche nella robotica, ha osservato uno degli autori, James Hone, ingegnere meccanico alla Columbia University. Oppure se integrati nei vestiti, potrebbero ricaricare, per esempio, il cellulare o alimentare sensori medici indossabili che controllano la salute.
''E' il primo lavoro sperimentale in questo settore - ha rilevato Hone - ed è un esempio di come il mondo diventa diverso quando le dimensioni del materiale si restringono alla scala di un singolo atomo''.

Dall'olfatto dei moscerini le future armi antiterrorismo. Può ispirare nasi elettronici che riconoscono bombe e droghe.

L'olfatto del moscerino della frutta ispira una nuoca generazione di nesi elettronici (fonte: Andre Karwath)

Fonte: ANSA Scienze 

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L'olfatto dei moscerini della frutta potrebbe diventare un'arma contro il terrorismo. Le sue caratteristiche possono essere riprodotte per costruire nasi elettronici capaci di riconoscere bombe, ma anche droghe e vini. È quanto mostra lo studio pubblicato sulla rivista Bioinspiration e biomimetica, dal gruppo coordinato dall'informatico Thomas Nowotny dell'università britannica di Sussex che ha analizzato l'olfatto di questi insetti.

Con sorpresa si è scoperto che il 'naso' del moscerino della frutta è in grado di identificare gli odori delle sostanze stupefacenti e di quelle esplosive in modo accurato, perché hanno un aroma simile a quello del cibo preferito da questi moscerini, ossia la frutta fermentata.

Per arrivare a realizzare in futuro un naso ispirato all'olfatto di questi insetti, i ricercatori hanno cercato allora quali sono i recettori che il moscerino della frutta utilizza per percepire gli odori: è stato scoperto che 20 diversi recettori rispondono a 36 sostanze chimiche legate al vino e a 35 sostanze chimiche correlate a materiali pericolosi, come quelli presenti nelle droghe, nei prodotti della combustione e negli esplosivi. Una simulazione ha permesso poi di comprendere quale è la parte del cervello che il moscerino usa per il riconoscimento.

''L'obiettivo a lungo termine di questa ricerca – ha osservato Nowotny - è realizzare un naso elettronica ispirato all'olfatto dei moscerini per rivelare esplosivi, armi chimiche e droghe''. Ma la gamma di applicazioni, ha sottolineato, è molto vasta: ''un dispositivo di questo tipo potrebbe essere usato nel controllo della qualità alimentare, nel monitoraggio delle esalazioni dei vulcani e nel rilevamento dei parassiti in agricoltura''. Si potrebbe anche arrivare a un sommelier elettronico ispirato ai moscerini.

La speranza è che tali nasi elettronici potranno essere molto più sensibili e più veloci di quelli attualmente in commercio che si basano su sensori fatti con ossidi di metalli e sono molto lenti rispetto a un naso biologico.

Dopo i Led, dal carbonio luci 100 volte più efficienti. Le lampade del futuro saranno accese dai nanotubi.

Sorgente di luce basata sui nanotubi di carbonio (fonte: N.Shimoi/Tohoku University) 

Fonte: ANSA Scienze 

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Dopo la rivoluzione dei Led si prepara quella dei nanotubi di carbonio. Queste strutture nate nel mondo delle nanotecnologie potrebbero diventare sorgenti di luce molto efficienti, dal consumo di appena 0,1 Watt l'ora, ossia circa cento volte inferiore a quello dei Led, che quest'anno sono stati premiati con il Nobel. Un nuovo dispositivo che emette luce, fatto di minuscoli cilindri di carbonio (nanotubi di carbonio, è descritto sulla rivista Review of Scientific Instruments, dal gruppo coordinato da Norihiro Shimoi, dell'università giapponese di Tohoku.
La prossima rivoluzione della luce
Ottimi conduttori di elettricità, i materiali a base di carbonio come il grafene o i nanotubi stanno emergendo come successori del silicio per l'elettronica del futuro. In particolare per le proprietà di stabilità chimica, conduttività termica e resistenza meccanica, i nanotubi di carbonio si stanno dimostrando molto efficaci per realizzare sorgenti luminose. Ora è stato fatto un nuovo passo in avanti mostrando che con i nanotubi di carbonio si potrebbe realizzare una nuova generazione di dispositivi per l'illuminazione a basso consumo, e a basso costo, in grado di sfidare il predominio dei Led.

Super-efficienza
Il dispositivo si basa su uno schermo al fosforo che mette la luce e un 'campo' di nanotubi di carbonio che possiamo immaginare come un filamento di tungsteno (come quello delle vecchie lampadine a bulbo) ridotto a proporzioni microscopiche, che ha la funzione di elettrodo che stabilisce il contatto elettrico con il dispositivo. ''Con il nostro semplice sistema – osserva Shimoi - possiamo ottenere un'efficienza di luminosità elevata, di 60 Lumen per Watt, un buon livello per un dispositivo di illuminazione a basso consumo energetico, a esempio i Led possono produrre 100 Lumen per Watt e i led organici (Oled) circa 40''.

Pronta la mappa del Dna della mosca. Chiave per ottenere discariche più efficienti e nuovi vaccini.

Fonte: ANSA Scienze 

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Discariche più efficienti e futuri vaccini contro tifo e tubercolosi potrebbero arrivare grazie al Dna della mosca. La prima mappa del Dna di uno degli insetti più fastidiosi del mondo ha permesso di scoprire i geni con cui la mosca degrada i rifiuti di cui si nutre e i geni del sistema immunitario che le permettono di essere immune alle malattie che trasferisce all'uomo. Pubblicato sulla rivista Genome Biology, il risultato si deve al gruppo di ricerca coordinato da Jeff Scott, della università americana di Cornell.
La mosca vettore di oltre 100 malattie
''La mosca - rileva Scott - è un insetto affascinante per la ricerca, dalla biologia dello sviluppo, agli studi sull'immunità, fino alla tossicologia e l'analisi del suo Dna potrà permetterci molti progressi in questi settori''. La mosca comune, il cui nome scientifico è Musca domestica, vive generalmente sui rifiuti: è una specie importante per la ricerca, per la sua capacità di degradare i rifiuti e perché è vettore di oltre 100 malattie, tra cui il tifo, la tubercolosi e il tracoma che provoca circa sei milioni di casi di cecità infantile ogni anno.
Dna a confronto
I ricercatori hanno sequenziato il genoma di sei mosche e, per scoprire quali sono i geni presenti solo in questo insetto. Hanno quindi confrontato il Dna con quello del moscerino della frutta (Drosophila melanogaster). Sono stati scoperti geni del sistema immunitario, unici per l'insetto, e che potrebbero aiutare a mettere a punto nuovi vaccini contro le malattie che la mosca trasmette all'uomo e da cui è immune. Inoltre nel Dna dell'insetto sono stati individuati geni 'disintossicanti' grazie ai quali può sopportare ambienti tossici. Altri geni scoperti producono proteine in grado di decomporre i materiali organici di cui si nutre la mosca e che scioglie con la saliva prima di succhiare con una sorta di proboscide. Informazioni su queste proteine potrebbero fornire indicazioni per nuove tecniche di smaltimento dei rifiuti.