lunedì 7 marzo 2016

Scattata prima 'istantanea' di un cervello che impara: Dimostra come l'apprendimento modella il cervello.

Fonte: ANSA Scienze
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Osservato per la prima volta un cervello che impara: nei topi le immagini mostrano per la prima volta la riorganizzazione dei neuroni, con la creazione di nuove connessioni, dopo aver imparato qualcosa di nuovo. La scoperta pubblicata su Nature Communication da Linda Wilbrecht, dell'università della California a Berkeley, dimostra per la prima volta come l'apprendimento possa modellare la struttura del cervello.
"Siamo entusiasti perché queste sono le prime immagini dal vivo del 'ricablaggio' del cervello”, ha spiegato Wilbrecht. Che il miglioramento delle capacità cognitive fossero il frutto della continua trasformazioni dei collegamenti tra i neuroni, delle vere e proprie reti in costante evoluzione, era risaputo da tempo ma gli esperimenti condotti dai ricercatori americani hanno permesso per la prima volta di vedere questo meccanismo in azione. Per farlo hanno usato dei topi impegnati a trovare il modo migliore per ottenere del cibo. I roditori sono stati posti davanti a una serie di 'ostacoli' all'ottenimento del cibo, ad esempio imparare a riconoscere e premere il pulsante giusto per poter ottenere dei cereali. Dopo i successi ottenuti, i ricercatori hanno osservato nel cervello dei topi, grazie a innovative tecniche di microscopia, evidenti trasformazioni delle reti neurali dei lobi frontali della corteccia cerebrale. Trasformazioni di questo tipo erano state osservate durante l'apprendimento di nuovi compiti a livello di coordinamento motorio ma mai finora nell'apprendimento: “questi dati ci fanno fare un grande passo in avanti nel capire come l'apprendimento attivo possa scolpire il nostro cervello”, ha commentato Wilbrecht. La scoperta fornisce prove a sostegno delle tecniche del cosiddetto insegnamento 'attivo' (tra cui anche il metodo Montessori), un approccio che promuove il pensiero critico e il problem-solving all'interno delle scuole e dei luoghi di lavoro.

lunedì 15 febbraio 2016

Cervello 'scongelato' con successo, apre a sogno ibernazione.

Fonte: ANSA Scienze
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E' stato 'scongelato' per la prima volta con successo un cervello: è quello di un coniglio e le cellule cerebrali, dopo essere state portate a temperature bassissime, non presentano danni. E' solo un primo risultato, ma abbastanza per accendere gli entusiasmi sulla possibilità di ibernare in futuro il cervello umano.
 La tecnica, messa a punto da Gregory Fahy e Robert McIntyre dell'azienda californiana 21st Century Medicine e descritta sulla rivista Journal of Cryobiology, riesce a prevenire la disidratazione drenando il sangue e sostituendolo immediatamente con una sostanza che protegge i tessuti dalla formazione di cristalli di ghiaccio.
Ibernare un cervello umano, o più in generale conservare un intero organo complesso e non solo singole cellule, per poi riportarlo in funzione è un sogno per ora irrealizzabile a causa di enormi ostacoli tecnici.Tra questi ci sono i danni prodotti dal freddo. Le cellule contengono infatti grandi quantità di acqua che a basse temperature formano cristalli di ghiaccio che facilmente lesionano le pareti cellulari.
Per evitare la formazione del ghiaccio i ricercatori sono riusciti a rimpiazzare parte dell'acqua con una molecola (glutaraldeide) che protegge le cellule dai pericoli del congelamento e ne previene la disidratazione.
Il cervello è stato così raffreddato a -135 gradi centigradi e, una volta 'scongelato', non ha presentato nessun segno di danni. La tecnica è ancora lontana dal poter permettere di riattivare l'organo ibernato, anche perché la molecola usata risulta tossica, ma rappresenta in ogni caso un importante passo in avanti, tanto da aver ottenuto un premio di 26.000 dollari dalla Brain Preservation Foundation.
Nonostante non ci siano efficaci tecniche di ibernazione umana si stima che già oltre 100 persone hanno fatto 'surgelare' dopo la morte il proprio cervello ad aziende private, come la Alcor, sperando che in futuro diventi possibile riportarli in funzione.

martedì 5 gennaio 2016

Osservata la creatività all'opera nel cervello: Nasce in aree diverse in base alle emozioni che si esprimono.

Fonte: ANSA Scienze
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La creatività è 'figlia' delle emozioni. Che si tratti di fare una jam session fra musicisti o la caricatura di un personaggio famoso, poco importa: la capacità di creare e improvvisare nasce da aree del cervello differenti a seconda delle emozioni che si vogliono esprimere con la performance. Lo ha scoperto un gruppo di neuroscienziati della Johns Hopkins School of Medicine a Baltimora, ricostruendo i circuiti cerebrali all'opera in un gruppo di musicisti jazz.
I risultati dello studio, pubblicati su Scientific Reports, dimostrano che la creatività non è un semplice interruttore del cervello che può essere acceso o spento: ''in realtà esiste tutta una serie di stati più o meno creativi e le emozioni giocano un ruolo cruciale nel determinarli'', spiega il coordinatore della ricerca Charles Limb, che oltre ad essere un medico otorinolaringoiatra è anche un sassofonista appassionato di jazz.
Per svelare i meccanismi neurologici alla base delle perfomance artistiche, i ricercatori hanno studiato il cervello di alcuni pianisti chiamati a improvvisare delle melodie per raccontare attraverso le note il volto di una donna felice o depressa.
Le immagini del cervello, ottenute con la risonanza magnetica funzionale, dimostrano che la creatività nasce da circuiti neuronali diversi a seconda delle emozioni veicolate. Se l'artista vuole esprimere emozioni positive, allora nel cervello si osserva una specie di blackout nella corteccia prefrontale dorsolaterale, una regione coinvolta nel controllo del comportamento e nella pianificazione: spegnere questa area equivale a togliere il 'freno a mano' dell'immaginazione, liberando più facilmente gli impulsi creativi. Quando invece la performance artistica vuole esprimere emozioni negative, nel cervello si ha una maggiore attivazione delle aree legate alla ricompensa, che risultano più connesse con la corteccia prefrontale dorsolaterale. Secondo i ricercatori, questi diversi meccanismi cerebrali potrebbero spiegare il piacere che si prova nel creare musica allegra o triste.

giovedì 31 dicembre 2015

Il cervello innamorato ...tra chimica e ragion pura.

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Numerosi processi cerebrali sono coinvolti nei diversi stadi della nostra vita sentimentale, come l'innamoramento, l'eccitazione sessuale, il senso di attaccamento che spinge verso un legame duraturo tra i partner e il comportamento materno e paterno. Malgrado non fosse questa l' "intenzione" di Madre Natura, possiamo constatare ogni giorno che tali stadi possono manifestarsi in maniera perfettamente indipendente l'uno dall'altro.
Nessuno che sia ancora in grado di ricordare l'evento improvviso e violento di un intenso innamoramento definirà la scelta del partner come una "libera scelta" o una "decisione ben ponderata". L'innamoramento a prima vista capita e basta, è pura biologia, che si manifesta con euforia e violente reazioni fisiche, come palpitazioni, insonnia e sudorazione, dipendenza emotiva, concentrazione dell'attenzione, pensiero rivolto ossessivamente al partner e alla sua protezione possessiva e sensazione di grande energia. Anche Platone riteneva che si trattasse di un processo autonomo. Egli considerava l'impulso sessuale come la quarta forma dell'anima, localizzata sotto l'ombelico e da lui definita così: "totalmente irrazionale, un'anima, tra l'altro, che non accetta nessuna disciplina".
L'innamoramento costituisce la base dell'accoppiamento per gli esseri umani in tutto il mondo. Si potrebbe pensare che per una cosa così importante come la scelta del partner per creare una famiglia, la nostra corteccia cerebrale proceda ad individuare la "persona giusta" con la massima consapevolezza; e invece no, durante il profondo innamoramento, in cui tutte le nostre attenzioni ed energie sono rivolte ad un unico partner, a portare a termine il compito sono aree che si trovano nella parte più profonda del cervello, lontano dunque dalla corteccia (si tratta di strutture che guidano i processi inconsci). La risonanza magnetica del cervello di persone che hanno avuto episodi recenti di intenso innamoramento, ha evidenziato che alla vista di una fotografia della persona amata, si attivano esclusivamente strutture cerebrali ubicate lontano dalla corteccia. In particolare in tali casi ad attivarsi è soprattutto il sistema della gratificazione, che provoca effetti piacevoli ed utilizza la dopamina come neurotrasmettitore. Si tratta di un sistema cerebrale orientato al conseguimento della gratificazione, in questo caso rappresentata dalla conquista di un partner. Tale sistema non è coinvolto solo nell'innamoramento, ma in tutto ciò che sperimentiamo come piacevole, anche nella dipendenza da determinate sostanze. Ciò spiega anche il fatto che, quando una relazione intensa di questo tipo si interrompe, si manifestino potenti "sintomi di disintossicazione". Questo sistema si attiva soprattutto nella parte destra del cervello in relazione con l'attrazione esercitata dal volto raffigurato nella foto e con l'intensità della passione amorosa.
Inoltre, gli innamorati presentano una più elevata concentrazione nel sangue dell'ormone dello stress, il cortisolo, a dimostrazione della situazione carica di tensione in cui si trovano. La stimolazione delle ghiandole surrenali in questa risposta allo stress provoca un aumento del testosterone nelle donne e una sua diminuzione negli uomini. Solo quando l'innamoramento perdura nel tempo, si attiva anche la corteccia prefrontale, la parte anteriore del cervello con la quale si pianifica e si effettuano valutazioni, e quando la coppia si stabilizza l'attivazione dell'asse dello stress e i cambiamenti nella concentrazione del testosterone scompaiono. Naturalmente, l'elaborazione sensoriale che avviene nella corteccia ha giocato un ruolo durante quel periodo eccitante, in fin dei conti quel partner lo abbiamo visto, toccato e ne abbiamo percepito l'odore. Ma non si tratta di una scelta cosciente rivolta esattamente a quella persona. Il vecchio sistema evolutivo della gratificazione ci indica qual è quello "vero", e associa la riproduzione al partner che almeno per quel momento è quello "giusto". Solo quando l'intenso innamoramento è terminato la corteccia cerebrale prende il sopravvento. Quindi se uno dei vostri figli si è innamorato della persona "sbagliata", non rimproveratelo dicendogli che doveva usare il cervello. L'ha fatto, ma quelle parti della corteccia cerebrale che dopo un'attenta e ponderata riflessione avrebbero potuto portare a una scelta diversa, come la corteccia prefrontale, purtroppo intervengono nel processo ...quando ormai è troppo tardi.

Bibliografia:

- Dick SWAAB, Noi siamo il nostro cervello, Castelvecchi, Roma, 2011, pp. 96-98.

giovedì 24 dicembre 2015

Il primo chip che funziona con luce ed elettroni: Apre la strada a computer ultraveloci.

Fonte: ANSA Scienze
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Realizzato il primo microprocessore che usa la luce per comunicazioni ultraveloci. Descritto sulla rivista Nature, è stato realizzato dal gruppo dell'università della California a Berkeley, guidato da Vladimir Stojanovic. I ricercatori sono riusciti a combinare insieme elettroni e particelle di luce (fotoni) all'interno di un singolo chip, aprendo la strada a computer più veloci e a basso consumo.



''E' una pietra miliare" ,commenta Stojanovic. "E' il primo processore - aggiunge - in grado di usare la luce per comunicare con il mondo esterno''. I ricercatori sono riusciti a combinare elettroni e fotoni comprimendo due nuclei di processori con oltre 70 milioni di transistor e 850 componenti ottiche in un unico chip di 3 per 6 millimetri, con un design facilmente applicabile su scala industriale.
Rispetto ai cavi elettrici, le fibre ottiche sono in grado di sostenere una maggiore larghezza di banda, trasportando più dati ad una velocità maggiore, su distanze più lunghe e con meno energia. Finora il trasporto di particelle di luce nei chip si era rivelato difficile, perchè nessuno era riuscito a capire come integrare strumenti fotonici nei processi di fabbricazione dei chip senza cambiare il processo stesso.
Il nuovo chip ha dimostato di funzionare con diversi programmi informatici, dimostrando di avere una densità di banda larga di 300 gigabit al secondo per millimetro quadrato, circa 10-50 volte in più dei microprocessori elettrici ora sul mercato. E' inoltre efficiente dal punto di vista energetico, visto che consuma solo 1,3 watt per trasmettere un terabit di dati al secondo.
Negli esperimenti, i dati sono stati inviati a un ricevente dieci metri lontano e poi tornati indietro. ''Con l'ottica, con la stessa quantità di energia - aggiunge Chen Sun, uno dei ricercatori - si possono percorrere centimetri, metri o chilometri. Per far viaggiare un segnale elettrico per 1 chilometro invece servono migliaia di picojoule per ogni bit''.

lunedì 21 dicembre 2015

Rischio hacker per i dati sensibili nascosti nella luce: Anche la crittografia quantistica può essere violata.

Fonte: ANSA Scienze
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Sono possibili falle perfino nella forma di crittografia considerata la più sicura in assoluto, quella quantistica, che permette di trasmettere informazioni in codice sfruttando la luce. Se finora si era sempre pensato che i suoi messaggi fossero inviolabili, perché ogni tentativo di intrusione avrebbe alterato il segnale venendo automaticamente scoperto, ora questa convinzione sembra incrinarsi: il sistema in realtà può essere hackerato e le informazioni possono essere 'rubate' di nascosto. A dimostrarlo è un esperimento pubblicato su Science Advances dalle università svedesi di Stoccolma e Linkoping.
 ''Questa falla nella sicurezza consente di intercettare il traffico di informazioni senza essere scoperti'', spiega Jan-Ake Larsson, dell'università di Linkoping. ''Lo abbiamo compreso grazie a calcoli teorici - aggiunge - e i colleghi di Stoccolma sono riusciti a dimostrarlo sperimentalmente''.
 In laboratorio hanno infatti svelato il punto debole del metodo che oggi è alla base di molti sistemi di crittografia quantistica, il cosiddetto entanglement energia-tempo. Il suo funzionamento, estremamente semplificato, prevede che due pacchetti di luce (fotoni) vengano emessi dal mittente nello stesso momento in direzioni diverse: se l'informazione contenuta nel loro stato quantistico viene intercettata da un 'orecchio' spia, il segnale viene disturbato, e questo 'rumore' viene scoperto applicando un teorema noto come 'disuguaglianza di Bell'; se invece la connessione è sicura e libera da rumore, si possono usare i dati (fotoni) rimanenti come chiave per criptare e proteggere il messaggio.
 Quando la fonte di fotoni viene sostituita con una sorgente di luce tradizionale, però, l'hacker può identificare la chiave e quindi decifrare il messaggio senza essere scoperto. Questo problema, però, può essere risolto. ''Nel nostro articolo - ricordano gli autori - proponiamo una serie di contromisure, che vanno da semplici soluzioni tecniche alla ricostruzione dell'intera macchina''.

mercoledì 16 dicembre 2015

'Intravista' al Cern una nuova particella mai osservata finora e forse più pesante del bosone di Higgs.

Fonte: ANSA Scienze
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Una nuova particella, mai osservata finora e forse più pesante del bosone di Higgs, è stata 'intravista' in due esperimenti condotti nel più grande acceleratore del mondo, il Large Hadron Collider (Lhc) del Cern di Ginevra. I segnali, rilevati dagli esperimenti Atlas e Cms, non possono essere considerati una scoperta: per un'eventuale conferma servono alti dati, che potranno essere raccolti a partire dalla primavera 2016.
 Sono dati preliminari, riferiti dalla rivista Nature nel suo sito, presentati nei seminati organizzati a fine anno dal Cern. "Quello che vediamo è un piccolo eccesso locale, con una massa sei volte maggiore rispetto a quella del bosone di Higgs, ma potrebbe ancora essere una fluttuazione e non abbiamo ancora un'evidenza statistica sufficiente", ha detto la responsabile dell'esperimento Atlas per l'Italia, Marina Cobal, dell'Istituto Nazionale di Fisica Nucleare (Infn). "Sicuramente - ha aggiunto - è qualcosa di interessante e da tenere sott'occhio".
 Il funzionamento dell'Lhc all'energia da record di 13.000 miliardi di elettronvolt apre le porte a un territorio inesplorato della fisica. "Ormai siamo in una zona di frontiera nella quale nessuno sa che cosa troveremo", ha detto il fisico teorico Fabio Zwirner, della sezione di Padova dell'Infn. L'entusiasmo è già alle stelle: basti pensare che sono già una decina i lavori teorici che tentano le prime possibili spiegazioni dell'ipotetica nuova particella: "probabilmente andranno rivisti tra sei mesi - ha rilevato - ma sono il segnale dell'interesse che c'è per questa fisica di frontiera, che esplora i confini delle nostre conoscenze".