IL nucleo della Terra | Se si dovesse raffreddare? | Il cervello | Quanti neuroni contiene?

Nucleo estremo delle Terra

Che cosa succederebbe se il nucleo della Terra si raffreddasse?
Il nucleo della Terra ha una porzione interna solida, circondata da un nucleo estremo liquido dello spessore di 2266 chilometri.

Le correnti convettive nel nucleo esterno sono responsabili della generazione del campo magnetico terrestre, per cui, se il nucleo si raffreddasse e solidificasse, il campo magnetico sparirebbe quasi del tutto, e le particelle cariche del vento solare riuscirebbero a colpire l'atmosfera superiore, spazzando via lo strato di ozono ed esponendoci a livelli letali di raggi ultravioletti. Potreste essere sorpresi nello scoprire che, in effetti, il nucleo esterno si sta congelando, anche se il tasso è di solo circa 1 millimetro all'anno, per cui ci vorranno 2,2 miliardi di anni perché si congeli completamente.

Quanti neuroni abbiamo nel cervello?

Come sappiamo quanti neuroni contiene cervello umano? 
L'unico modo per calcolare il numero di neuroni è osservare al microscopio un campione di tessuto cerebrale.

Poiché contarli uno a uno risulterebbe poco pratico, la valutazione si basa su estrapolazioni fatte da piccoli prelievi da aree diverse del cervello. Convenzionalmente, si dice che disponiamo di 100 miliardi di neuroni e un trilione di cellule gliali (anch'esse componenti del sistema nervoso). Uno studio del 2009, però, ha concluso che la presenza numerica di ciascuna tipologia di cellule varia considerevolmente da una regione cerebrale all'altra: in realtà, abbiamo dunque circa 86 miliardi di neuroni e una quantità analoga di cellule gliali.(science)

Continua a leggere...

Human Connectome Project | A beautiful mind

Un progetto che costerà molti milioni di euro sta rivelando con un dettaglio senza precedenti come funziona il cervello. Rita Carter ci racconta i primi risultati. 

Cera una volta il Progetto Genoma Umano, il catalogo di tutti i geni contenuti nelle nostre cellule. Oggi è il tempo in cui sta per essere svelato il nostro cervello. È il tempo dello Human Connectome Project (HCP), una colossale impresa scientifica che intende creare la mappa delle connessioni e dell'attività nel nostro cervello con una precisione mai vista. Varato già nel 2009, solo oggi ne vengono divulgati i primi risultati dettagliati.

Arrivano sotto forma di immagini caleidoscopiche che mostrano raffiche dell'attività elettrica dei neuroni, nebulose ondate di colore che tracciano il flusso elettrico attraverso il cervello e bizzarri fasci di fibre vorticanti di colore elettrico, simili agli insetti che emettono luce. Oltre ad apparire belle, queste scansioni del cervello appagano la nostra curiosità sui meccanismi di funzionamento della nostra mente. Parte del compito di HCP è creare le mappe delle connessioni a lunga distanza le autostrade delle fibre nervose che costituiscono la materia bianca del nostro cervello. Queste vie neurali sono ricoperte dalla bianca mielina, una copertura protettiva di materia grassa. Trascurati in passato dai neuroscienziati, questi collegamenti si stanno rivelando molto importanti. E, come spiega Jack Van Horn dell'Università della California a Los Angeles (UCLA), "negli ultimi anni è diventato evidente che il cervello è un sistema costituito da enormi reti di connessione, dove l'attività in un'area si propaga alle altre".

Human Connectome Project
HCP

Van Horn fa parte del consorzio che sta disegnando le mappe della materia bianca. "È attraverso questa attività collettiva, che cambia continuamente nello spazio, che generiamo i nostri pensieri e le nostre azioni", aggiunge. Il ricercatore ha tracciato con i collaboratori il collegamento a lunga distanza usando la "la risonanza magnetica a spettro di diffusione" (DSI). In questo caso, uno scanner per la risonanza magnetica viene usato per seguire il flusso naturale dell'acqua nel cervello. Come spiega lui stesso: "Le molecole d'acqua si diffondono più 4% facilmente in parallelo alle fibre che attraverso di esse". Perciò seguire queste vie di minore resistenza rivela le strade prese dalle fibre nervose. Questo tipo di scansione non è nuovo, ma il team dell'HCP - che include anche scienziati di Harvard - ha messo il turbo al suo scanner per la risonanza magnetica (MRI), che si trova al Massachusetts General Hospital. "È la Porsche degli scanner MRI; ha prestazioni fantastiche", racconta entusiasta Van Horn. "Infatti, la sua risoluzione è decisamente superiore".

I dettagli sono importanti perché fanno di noi persone uniche. Se abbiamo un numero relativamente scarso di vie dall'amigdala (l'area cerebrale della paura) alla corteccia prefrontale (dove viviamo questa sensazione in modo cosciente) saremo probabilmente meno nervosi di chi ha circuiti neurali che inondano il prosencefalo di segnali di allarme generati nelle aree sottocorticali. Oppure, una larghezza di banda abbondante dall'area di Wernicke - la piccola parte del cervello che "capisce" il linguaggio parlato - all'area di Braca, dove il linguaggio viene articolato, farà di noi persone molto loquaci. Entro pochi mesi, il consorzio dell'UCLA divulgherà la prima serie di dati ai colleghi neuroscienziati, che cominceranno a farsi un'idea degli eventi in corso là sotto. Alla fine degli esperimenti, avranno scannerizzato il cervello di 30-50 volontari.(science)

Continua a leggere...

Unità d'intenti | Similitudini di menti per un'approccio neuromorfo e celebrale tra robot ed essere umano!

Per arrivare dunque ad emulare la mente umana per un robot, sarà necessario un'approccio neuromorfo e celebrale tra robot ed essere umano.

NeuroGrid, il computer da un milione di dollari, realizzato da Kwabena Boahen, un bioingegnere dell'Università di Standford, in California, fa uso dello stesso approccio neuromorfo per emulare l'attività celebrale in un computer, e lo fa facendo uso di tecnologie con caratteristiche analogiche, cioè, non digitali, dei transistor e di altri componenti dei circuiti. Questo metodo gli consente di simulare un milione di neuroni e sei miliardi di sinapsi che li connettono, facendo uso di pochissima energia, esattamente come avviene nel cervello umano.

NeuroGrid

"La motivazione principale di questo approccio è che il cervello non si limita a svolgere calcoli", speiga Boahen. "Una buona parte della sua attrattiva sta nella poca energia che utilizza. Che cos'è che lo rende cosi efficente? Questo è il segreto del cervello".

Ma il mistero più grande di tutti gli altri è la questione dell'intelligenza. L'approccio neuromorfo non si limita soltanto a ipotizzare che si possono creare robot tanto intelligenti da avere una capacità di elaborazione simile a quella degli esseri umani: porta con se anche la prospettiva di aumentarne la scala fino a ottenere qualcosa di ancor più complesso del cervello umano e quindi, più intelligente.

Nel prossimo post, vedremo come potranno interagire le due realtà cerebrali, quella robotica e quella umana.

Continua a leggere...

Pensare per un robot | Un robot per essere intelligente dovrà raggiungere l'efficenza del cervello umano!

Dopo averli visti in piedi su due zampe, camminare e toccare, nonchè manovrare perchè mai non dovrebbero pensare? Un robot infatti per definirsi intelligente, dovrà per forza raggiungere il livello di efficenza e potenza del cervello umano!

Forse uno dei motivi principali per cercare di emulare gli esseri umani quando si crea un robot è la speranza di renderlo più intelligente. In fin dei conti, ha senso ispirarsi al computer più sofisticato che ci sia: il cervello umano. Va benissio sapere calcolare il pi greco con un miliardo di cifre decimali, ma quando si hanno dinanzi impegni che richiedono di elaborare contemporaneamente innumerevoli dati i computer tradizionali sono il più delle volte in difficoltà denunciando limitazioni non indifferenti.

Lo si nota particolarmente durante il riconoscimento di immagini, laddove gli esseri umani sono capaci di distinguere un volto anche se il suo aspetto è mutato negli anni. Una soluzione potrebbe essere quella proposta da Henry Markram, direttore del Centro per le neuroscienze e la tecnologia dell'E'cole polytechnique fèdèrale di Losanna. Markram dirige il progetto Human Brain, un audace tentativo di realizzare con un supercomputer una simulazione di tutta l'architettura, le funzioni e i collegamenti dell'intero cervello umano, con i suoi 86 miliardi di neuroni e i 100mila miliardi di connessioni che li uniscono.

Progetto Human Brain

I più dotati supercomputer di oggi sono capaci di svolgere processi computazionali nell'ordine dei petaflop, ovvero sia, un milione di miliardi di operazioni in virgola mobile al secondo.

Secondo l'opinione di Markram il progetto di simulare il cervello umano necessiterà di un computer mille volte più potente e parecchia energia, almeno quanta ne consuma una piccola cittadina. Appare evidente che nonè affatto comodo e proficuo tutto ciò per un solo cervello robotico, visto che un cervello umano funziona con un dispendio di energia davvero esiguo. Ma allora che cos'è che rende il cervello umano cosi efficente? Proveremo a vedere di giungere ad una risposta nel prossimo post.

Continua a leggere...

Ricordiamoci di correre

In occasione della Settimana Mondiale del Cervello, in corso dal 10 al 16 marzo su tutto il territorio nazionale, è stata presentata a Roma un’interessante ricerca condotta dai medici neurologi dello Istituto di biologia cellulare e neurobiologia del Consiglio nazionale delle ricerche (Ibcn-Cnr), relativa al rapporto tra attività fisica e produzione di cellule staminali da parte del cervello.

Lo studio, coordinato dal professor Stefano Farioli-Vecchioli in collaborazione con il dottor Vincenzo Cestari dell'università Sapienza di Roma, ha dimostrato che l’attività fisica e, in particolare la corsa, oltre a stimolare la produzione di neuroni, favorisce un’iper-proliferazione delle cellule staminali, ritardando il processo d’invecchiamento e favorendo un miglioramento dell’attività celebrale legata alla memoria. 

Grazie alla ricerca si è potuto dimostrare che la degenerazione neuronale in età adulta non è un processo necessariamente irreversibile dato che: “ Un esercizio fisico aerobico come la corsa blocca il processo di invecchiamento e stimola una massiccia produzione di nuove cellule staminali nervose nell’ippocampo, aumentando le prestazioni mnemoniche” come ha dichiarato Stefano Farioli-Vecchioli. Si aprono nuovi scenari per la medicina rigenerativa neuronale. I risultati della ricerca, infatti, avranno un’influenza molto importante sugli studi relativi alle patologie neurodegenerative come Parkinson e Alzheimer; il passo successivo sarà osservare e valutare se le cellule staminali iper-attivate possono avere effetti terapeutici validi nella prevenzione e cura di queste malattie. 
Questi e altri argomenti quali epilessia, sclerosi multipla, disturbi cognitivi e disordini della memoria, rapporto tra cervello e linguaggio, pensiero e ricordo, differenze di genere, prevenzione dei danni celebrali, saranno affrontati e discussi durante la Settima Mondiale del Cervello, promossa in Italia dalla Società Italiana di Neurologia, con tutta una serie di appuntamenti, incontri e seminari anche all’interno delle scuole, per una maggiore consapevolezza e conoscenza del nostro organo  più complesso.

Continua a leggere...

Video istruttivi e attività celebrale

Un team di ricercatori italiani dell'Ospedale San Raffaele di Milano, guidati da Massimo Filippi, professore associato di neurologia, ha individuato come l'osservazione di video istruttivi ovvero i "come fare a..." associati ad un'attività manuale, possa stimolare il cervello e favorire un miglioramento delle capacità motorie.

Lo studio è stato condotto su 36 volontari (senza problemi di salute) divisi un due gruppi, a cui è stato richiesto di svolgere ogni giorno per quaranta minuti, tre diversi tipi di attività. Ad un gruppo (gruppo A), sono stati "somministrati" dei filmati istruttivi, relativi allo svolgimento di semplici attività; all'altro (gruppo B), invece, filmati rappresentativi, mostranti cioè paesaggi, città, etc. Dopo questa prima fase, si sono eseguiti dei test per valutare le funzioni sia motorie sia manuali dei soggetti e e le variazioni di volume del cervello. Dai risultati è emerso che i soggetti del primo gruppo (gruppo A) mostravano un miglioramento delle prestazioni motorie undici volte maggiore rispetto i soggetti del secondo gruppo ( gruppo B). Questi risultati possono essere attribuiti ai neuroni specchio, quei neuroni che si attivano quando osserviamo un'azione compiuta da altri e la ripetiamo.  Inoltre lo studio dimostra che "Anche da adulti il nostro cervello è in grado di apprendere meglio le abilità solo guardando l'attività che si deve svolgere" come sostiene il professore Paolo Preziosa, autore dello studio.

La ricerca pone le basi per studi futuri, specialmente sui soggetti affetti da sclerosi multipla, dal momento che i ricercatori ritengono che i risultati ottenuti avvalorino l'ipotesi che la ricerca possa contribuire a migliorare le prestazioni motorie dei soggetti in riabilitazione e ridurre la disabilità, laddove l'attività motoria è compromessa.

Continua a leggere...

Bumetanide: il farmaco che riduce il rischio di autismo in gravidanza

Dell'autismo le cause sono complesse e non ben comprese. Secondo una ricerca dell'Aix-Marseille University di Marsiglia su modelli murini resi vulnerabili da questa patologia, un farmaco che riduce i livelli di cloruro in gravidanza diminuisce il rischio che il bambino soffra di autismo.  In pratica, secondo quanto riporta lo studio pubblicato su 'Science', il composto somministrato in gravidanza ha impedito lo sviluppo di personalita' autistica nella prole dei topi.  Tra i processi coinvolti e' emersa l'eccitazione prolungata dei neuroni del cervello.

In questa ottica, il Gaba, il principale neurotrasmettitore inibitorio del cervello, ha attirato l'attenzione di diversi gruppi di ricerca. Il Gaba in genere eccita i neuroni del cervello di un feto in crescita e li acquieta durante la nascita, tramite un "interruttore" mediato dall'ossitocina della madre che svolge un effetto protettivo durante il parto. In presenza di autismo questa interruzione non avviene e i neuroni restano eccitati. Questo perche' il cloruro - molecola di segnalazione chiave - si accumula in concentrazioni piu' elevate di quanto dovrebbe dentro i neuroni. Il nuovo studio ha dimostrato che il bumetanide, iniettato alle madri in gravidanza, e' in grado di ridurre i livelli di cloruro fino alle soglie appropriate e di ripristinare il meccanismo di interruzione del Gaba nei topi. La prole esposta a questo trattamento, somministrato un giorno prima della nascita, non sviluppa tratti di autismo. .

Continua a leggere...

I guai sembrano non finire mai per Davide Vannoni | In arrivo tre nuove batoste per lui e il suo metodo Stamina.

I guai sembrano non finire mai per Davide Vannoni: in arrivo tre nuove batoste per lui e il suo metodo Stamina. 

Dai risultati che il rapporto degli scienziati nominati dal Ministero della Salute, sembra che, il controverso trattamento dell’imprenditore torinese conterrebbe dosi minime di cellule staminali mesenchimali (quelle che, a detta di Vannoni, si trasformerebbero in neuroni), e non esisterebbe nessuna prova di differenziazione cellulare. 

Davide Vannoni

Questa novità, resa nota dall'Ansa, si va a sommare a quanto finora è stato già detto: nessun rispetto dei criteri di sicurezza nella produzione e nella conservazione delle cellule, alti rischi di infezione, nessun protocollo standard, mancanza di un razionale scientifico.
Ma non è tutto: l’Università di Udine ha appena revocato a Davide Vannoni la cattedra di professore associato “per incompatibilità con le altre sue attività, a partire dalla presidenza di Stamina Foundation”. E, ciliegina sulla torta, l’Agenzia Italiana del Farmaco (Aifa) ha emanato una diffida per il trasporto di materiale biologico al di fuori degli Spedali Civili di Brescia: non sembra possibile, quindi, almeno per il momento, portare il preparato di Vannoni a Miami, da Camillo Ricordi, che si era offerto per eseguire test sulle colture.

Secondo gli scienziati, la dose utilizzata per trapianti cellulari nell’essere umano è di circa due milioni di cellule per chilogrammo di peso corporeo. Nel composto di Vannoni, invece, ci sarebbero due milioni di cellule in totale, e l’adeguamento al peso corporeo non sarebbe indicato come una dose esatta. Si tratta di una conferma alle indiscrezioni che già trapelavano durante il dicembre scorso: nei campioni analizzati ci sono solo pochissime tracce (o non ci sono del tutto) di cellule staminali mesenchimali.

È per questo che la miscela di Vannoni è stata accostato ai trattamenti omeopatici (che prevedono un’infinita diluizione del principio attivo, fino a renderlo praticamente inesistente nella soluzione) e a “dosi adatte a topi e non agli esseri umani”. Ammesso che il metodo funzionasse (cosa tutta da dimostrare!), spiegano gli esperti, in queste dosi sarebbe del tutto inefficace. Un po’ come se assumessimo degli antibiotici in quantità pari a un trentesimo rispetto a quella prescritta. Paradossalmente, comunque, forse è meglio che sia così: con quantità così piccole di cellule, per lo meno, c’è un rischio minore di effetti collaterali e infezioni. Revoca della cattedra. “Il ruolo universitario di Davide Vannoni non è più compatibile con le altre sue attività, a partire dalla presidenza di Stamina Foundation”. Lo ha dichiarato in una lettera l’Università di Udine, dove Vannoni teneva il corso di psicologia generale. La sua pagina sul sito web dell’ateneo è scomparsa (“La persona che hai richiesto di visualizzare non esiste”, si legge ora), ma, racconta La Stampa, Vannoni “non s’è perso d’animo e ha già trovato un altro lavoro didattico. Dallo scorso novembre, ha infatti deciso di trasferirsi all’Università telematica di Roma Niccolò Cusano”, un istituto privato. In ogni caso, sulla pagina Facebook di Vannoni si legge ancora “professore associato Università di Udine”.

La terza novità fa riferimento alla diffida dell’Aifa per lo spostamento del materiale biologico da Brescia. La rivista scientifica Adnkronos Salute, infatti, aveva pubblicato un articolo riguardo al fatto che quattro scienziati avevano fatto delle richieste d’accesso alle cellule prodotte da Vannoni: Camillo Ricordi (che, come noto, si era offerto di caratterizzare il preparato a Miami), Michele de Luca (Università di Modena e Reggio Emilia), Paolo Bianco (Sapienza – Università di Roma) e Umberto Galderisi (Seconda Università di Napoli). Dopo un vertice per esaminare tali richieste, che naturalmente prevedono che le mesenchimali siano portate fuori dagli Ospedali Civili, è arrivato il no dell’Aifa.

Il materiale biologico deve restare dov’è: “Non si ravvisano i presupposti per l’affidamento delle attività oggetto di tali richieste, in quanto non hanno avuto avvio né dall’Aifa né da competenti soggetti pubblici/istituzionali bensì da terzi, per i quali non si riscontra alcun tipo di interesse diretto a caratterizzare o definire biologicamente il prodotto cellulare”, scrive l’Aifa, precisando comunque che quest’attività “avrebbe dovuto essere effettuata prima dell’avvio dei trattamenti sui pazienti”. Dal canto loro, gli Ospedali Civili hanno preso atto della diffida, mentre Vannoni ha contrattaccato duramente: “L’Aifa ha paura di sapere cosa viene iniettato ai pazienti e la diffida al trasporto delle cellule fuori dagli Spedali Civili di Brescia chiude le porte anche a Camillo Ricordi e ai test del metodo Stamina a Miami. È una vera e propria caccia alle streghe se anche al numero uno al mondo della ricerca sul diabete, come Ricordi, si impedisce di dare risposte su un protocollo di cui noi siamo sicuri”.

Continua a leggere...

Connessione neurali a confronto tra uomini e donne.

Quello che ne risulta dal confronto tra le connessioni neurali maschili e quelle femminili è che gli uomini sono più efficienti a leggere una mappa oppure andare in bicicletta, contrariamente per le donne che risultano molto più efficienti riguardo all’uso della memoria e nell'intuizione, il tanto decantato “intuito femminile”. Senza offesa per nessuno e con buona pace di tutti, uomini e donne, perchè qesto è quanto afferma la scienza. In base ad un nuovo studio condotto da un’équipe di scienziati dell'Università della Pennsylvania, pubblicato su Pnas, infatti, a dare vita a le suddette differenze, sarebbe una diversa architettura delle connessioni tra aree del cervello: in quello degli uomini sarebbero in prevalenza le connessioni tra neuroni all’interno dello stesso emisfero, che agevolerebbero il coordinamento tra percezione e azione, invece nelle donne quelle tra i due emisferi, che favorirebbero invece l’integrazione tra ragionamento analitico e processi intuitivi.

Connessioni neurali maschili e femminili a confronto

Lo studio, effettuato presso la Perelman Medical School, ha coinvolto 949 soggetti di età compresa tra 8 e 22 anni, di cui 428 maschi e 521 femmine, che erano stati divisi in tre gruppi, corrispondenti all’infanzia (8-13.3 anni), all’adolescenza (13.4-17 anni) e all’età adulta (17.1-22 anni). Facendo uso di una tecnica di neuroimmagine chiamata visualizzazione del tensore di diffusione (Dti), che permette di studiare l’architettura della materia bianca del cervello e di tracciare le traiettorie delle fibre nervose, gli autori hanno studiato 95 regioni (68 corticali e 27 subcorticali) nel cervello dei partecipanti.

Da questi dati hanno ottenuto un modello computerizzato della mappa globale di tutte le possibili connessioni fra i neuroni, il cosiddetto connettoma.
I risultati delle loro analisi hanno rivelato una serie di differenze nei network cerebrali che potrebbero spiegare perché il comportamento dei due sessi è diverso. In particolare, nella regione sovratentoriale del cervello dei maschi, quella contenente la maggior parte della corteccia cerebrale, i circuiti neuronali mostravano maggiori connessioni di tipo intra-emisferico, mentre nelle femmine le connessioni più marcate erano inter-emisferiche, ossia tra l’emisfero destro e quello sinistro. Nella regione sottotentoriale, che contiene il cervelletto, invece, il pattern era opposto, con connessioni inter-emisferiche tra l’emisfero sinistro del cervelletto e la corteccia controlaterale più marcate negli uomini rispetto alle donne.
 
Le differenze del connettoma cerebrale tra maschi e femmine erano minime nel gruppo di soggetti di età inferiore a 13 anni, mentre diventavano sempre più pronunciate negli altri due gruppi, indicando che le differenze maggiori si sviluppano a partire dall’adolescenza. Inoltre, nelle ragazze le connessioni inter-emisferiche erano inizialmente concentrate nel lobo frontale e poi con il tempo si distribuivano in modo omogeneo in tutta la regione sovratentoriale.
In pratica, queste differenze si traducono in capacità diverse sviluppate nei due sessi. Infatti, il cervello maschile ha un sistema più efficiente di coordinamento fra esperienze percettive, situate nella parte posteriore del cervello, e azioni, determinate dalla parte anteriore, il che spiegherebbe perché gli uomini sono più bravi in attività che coinvolgono l'orientamento spaziale, mentre il cervello femminile è più efficiente nell’integrare il ragionamento analitico, controllato dall’emisfero destro, con le informazioni intuitive, controllate da quello sinistro, e quindi le donne hanno una memoria migliore e maggiori capacità di multitasking.

“È sorprendente quanto il cervello maschile e femminile siano diversi ma complementari”, spiega Ruben Gur, uno degli autori dello studio. “Avere a disposizione mappe dettagliate del connettoma cerebrale potrebbe aiutare non solo a capire perché uomini e donne pensano e agiscono in maniera diversa, ma anche a ottenere informazioni sull’origine di disturbi neuro-psichiatrici, spesso legati in modo più prevalente a uno dei due sessi”.

Continua a leggere...