Sinapsi artificiali per la comunicazione neuronale

Realizzata per la prima volta la connessione sinaptica tra neuroni tramite un dispositivo elettronico (memristore) sviluppato da polimeri, garantendo funzionalità analoghe alle sinapsi naturali. Viene così abilitata la diretta comunicazione tra neuroni in modo artificiale, aprendo prospettive nelle interfacce brain-computer e nella protesica di nuova generazione. La ricerca, condotta dal Cnr-Imem, è pubblicata su Advanced Materials Technologies
Una sinapsi è una struttura biologica che connette due neuroni stabilendo tra essi un flusso di informazioni specifico e unidirezionale. Queste connessioni sono elementi chiave per funzioni neuronali essenziali come l’apprendimento e la memorizzazione che si fondano sul numero di ripetizioni (o prove) e il raggiungimento di varie soglie di tensione.
L’emulazione delle loro proprietà e la realizzazione di interfacce tra cervello e macchine (brain-computer), in grado di acquisire, leggere e stimolare l’attività celebrale naturale, è oggetto di studio intensivo crescente nel panorama delle ricerche internazionali.
Grazie allo studio condotto da Silvia Battistoni, Victor Erokhin e Salvatore Iannotta, l’Istituto dei materiali per l'elettronica ed il magnetismo del Consiglio nazionale delle ricerche (Cnr-Imem) ha realizzato dei memristori organici, dispositivi in grado di trattenere una memoria della corrente passata al loro interno, in grado di emulare i comportamenti sinaptici di memorizzazione e apprendimento delle cellule neuronali naturali. Lo studio è stato pubblicato su Advanced Materials Technologies. “I risultati dimostrano l’effettiva interfaccia funzionale ‘neurone-memristore-neurone’, in cui il dispositivo gioca il ruolo di una sinapsi, consentendo la comunicazione tra le due cellule in modo pressoché analogo a quanto avviene in natura con un importante cambio di paradigma rispetto all’approccio consolidato basato su microelettrodi”, spiega Salvatore Iannotta del Cnr-Imem. “Dettagli molto rilevanti della comunicazione interneuronale sono riprodotti, sia dal punto di vista dell’eccitazione reciproca tra i neuroni sia nel dettaglio dell’evoluzione temporale”.
Trying to quit smoking? New research suggests higher levels of nicotine may help

In the first study to tailor nicotine dosing based on smokers’ choices while trying to quit, the results suggest that most smokers who use stop-smoking medications can easily tolerate doses that are four times higher than those normally recommended. Study author Dunja Przulj from Queen Mary University of London said: “Smokers determine their nicotine intake while they smoke, but when they try to quit, their nicotine levels are dictated by the recommended dosing of the treatment. These levels may be far too low for some people, increasing the likelihood that they go back to smoking.
“Medicinal nicotine products may be under-dosing smokers and could explain why we’ve seen limited success in treatments, such as patches and gum, helping smokers to quit. A change in their application is now needed. “Our findings should provide reassurance to smokers that it is okay to use whatever nicotine doses they find helpful.” When nicotine replacement treatment was first evaluated in the 1970s, low doses were used because of concerns about toxicity and addictiveness. Evidence then emerged that nicotine on its own, outside of tobacco products, has limited addictive potential, and that higher doses are safe and well tolerated. Despite this, stop-smoking medications have maintained lower nicotine levels in their products.
"Il destino del cuore si gioca gia' nel pancione"

Pensare alla salute del quando si e' gia' adulti puo' essere troppo tardi. Perche' i giochi si fanno prima della nascita, o quantomeno da bambini e adolescenti: essere sedentari prima dei 18 anni si associa a un maggior rischio di malattie cardiovascolari da adulti ma anche nascere da mamme che non hanno prestato attenzione a dieta, movimento e salute durante la gravidanza puo' compromettere il benessere cardiaco futuro.
Cosi' i cardiologi puntano alla prevenzione iper-primaria, dal concepimento ai 18 anni, e in occasione del 79esimo Congresso Nazionale della Societa' Italiana di Cardiologia (SIC), a Roma dal 14 al 17 dicembre, sottolineano che l'esercizio fisico e' il metodo migliore per proteggere il cuore fin da bambini, aderendo alle raccomandazioni delle recenti linee guida statunitensi sull'attivita' fisica secondo cui la "dose" di movimento e' di almeno 3 ore al giorno fra 3 e 5 anni e di almeno 60 minuti quotidiani dai 6 ai 17 anni. Purtroppo, stando alle stime appena il 3% dei bambini e ragazzini raggiunge l'obiettivo, con possibili ripercussioni negative nel lungo termine.
"L'attivita' fisica - spiega Giuseppe Mercuro, Presidente SIC professore ordinario di cardiologia all'Univ. di Cagliari - ha un ruolo importante e in molti casi addirittura superiore alla terapia farmacologica nella prevenzione e trattamento delle malattie cardiovascolari, che in larga parte sono provocate proprio dalla sedentarieta': il 9% delle morti premature e' attribuibile all'inattivita' fisica, un "peso" simile a quello del fumo L'esercizio fisico ha un effetto fortemente benefico sul cuore e sulla salute in generale, praticato in modo regolare riduce fino al 30% la mortalita'; tuttavia l'Italia e' un Paese di pigri e anche i giovanissimi non si discostano dalla media, anzi.
Gli studi scientifici indicano che solo il 30% dei bambini e adolescenti raggiunge nell'arco della settimana una media di 60 minuti di attivita' fisica giornaliera, grazie ai giorni in cui si pratica sport per piu' di un'ora consecutiva; tuttavia, se si va a vedere quanti fanno almeno 60 minuti di esercizio moderato ogni giorno, la percentuale crolla al 3% con i maschi un po' piu' attivi (5,5%) e le femmine molto sedentarie, visto che solo l'1,2% si muove quotidianamente a sufficienza. I bambini con meno di 6 anni - continua Mercuro - sono in una fase di rapido sviluppo e 3 ore di movimento al giorno, di qualsiasi intensita', possono migliorare la crescita e contribuire all'apprendimento di importanti capacita' motorie. Il periodo fra 6 e 17 anni e' altrettanto critico per sviluppare le capacita' motorie ma soprattutto imparare stili di vita sani, da mantenere nell'arco di tutta la vita successiva: per questo e' importante che bambini e adolescenti si impegnino in attivita' intense e che rinforzino muscoli e ossa almeno 3 giorni alla settimana, meglio se un'ora tutti i giorni. Fattori di rischio come l'obesita', l'iperinsulinemia, l'ipertensione, l'aumento dei grassi nel sangue possono instaurarsi anche nell'infanzia e nell'adolescenza, minando la salute cardiovascolare futura: un regolare esercizio e' fondamentale per la prevenzione".
Neanderthal ad Altamura: sulle spalle del passato

Un team di ricerca internazionale coordinato dalla Sapienza ha mostrato, attraverso la ricostruzione della scapola con tecniche di imaging 3d, che uno scheletro della specie Homo neanderthalensis, il più antico e completo mai rinvenuto, possedeva caratteristiche della spalla che lo distinguono dagli altri Neanderthal oltre che da Homo sapiens.
Lo studio è pubblicato sulla rivista Quaternary Science Reviews
Lo scheletro umano rinvenuto nel 1993 in una grotta presso Altamura (Bari, Puglia), il Neanderthal più antico e completo mai scoperto, continua a rivelare sorprendenti novità. Si tratta del cosiddetto “uomo di Altamura”, recentemente datato a circa 150 mila anni, che da oltre un decennio è oggetto della più approfondita e tecnologicamente avanzata ricerca paleoantropologica svolta in Italia su un singolo reperto preistorico, oggi nell’ambito delle attività di un progetto di ricerca PRIN 2017-2019 finanziato dal MiUR.
In una ricerca pubblicata sulla rivista internazionale e interdisciplinare Quaternary Science Reviews, l’equipe scientifica guidata da Giorgio Manzi della Sapienza Università di Roma – in collaborazione con colleghi dell’Università di Firenze e della Duke University (Carolina, USA) – utilizzando sofisticate tecniche digitali, è riuscita a ricostruire la scapola destra dell’uomo di Altamura a partire da 3 frammenti ossei estratti fra il 2009 e il 2015 dalla grotta (gli unici prelevati a tutt’oggi). L’analisi ha rivelato qualcosa di inatteso rispetto alla morfologia dei Neanderthal dell’ultimo glaciale, i cosiddetti "classici”, che sono più recenti di circa centomila anni rispetto all’uomo di Altamura, e anche rispetto ai loro antenati del Pleistocene Medio.
Minicircles: osservata per la prima volta la formazione di DNA ibridi

Uno studio sull'infezione in piante di barbabietola condotto da Istituto per la protezione sostenibile delle piante del Cnr di Torino e Università di Cambridge, pubblicato su Nature Communications, ha mostrato le fasi iniziali del trasferimento genico orizzontale tra specie vegetali mediato da un virus
I virus sono potenziali vettori per il trasferimento genico orizzontale, cioè il passaggio di materiale genetico tra specie diverse anche geneticamente molto distanti. Da uno studio sull'infezione virale in piante di barbabietola condotto in collaborazione tra l’Istituto per la protezione sostenibile delle piante del Consiglio nazionale delle ricerche (Cnr-Ipsp) di Torino e l’Università di Cambridge, pubblicato su Nature Communications, è stata osservata per la prima volta la formazione di DNA ibridi circolari composti da una parte di DNA della pianta ospite ed una parte di DNA virale, mostrando così le fasi iniziali del trasferimento genico orizzontale tra specie vegetali mediato da un virus.
“Il trasferimento genico orizzontale è oggi considerato di importanza primaria nell'evoluzione dei genomi, soprattutto dei batteri e archeobatteri, ma anche degli eucarioti”, spiega Gian Paolo Accotto direttore del Cnr-Ipsp. “I virus sono considerati potenziali induttori di tale passaggio di materiale genetico da una specie ad un’altra poiché entrano in stretto contatto con le cellule dell’organismo ospite in cui si replicano, sono trasmessi in modo efficiente tra ospiti diversi e i loro genomi hanno una forte propensione naturale a ricombinarsi. Uno degli esempi più caratteristici di trasferimento genico mediato da virus è quello dei baculovirus, responsabili del trasferimento di frammenti di DNA tra specie diverse di insetti”.
Arriva il distributore intelligente per farmaci

Brevettato al Politecnico di Milano un importante aiuto per
pazienti anziani
Da oggi è molto semplice seguire una o più terapie farmacologiche in modo corretto e puntuale grazie al distributore automatico MITE, l’ultima invenzione brevettata al Politecnico di Milano. MITE è un dispositivo modulare intelligente per l’erogazione automatica di farmaci che risolve un problema tecnico molto importante per la salute dei pazienti, soprattutto degli anziani: la corretta assunzione di farmaci nelle modalità e nelle tempistiche previste dalla terapia medica. È costituito da una matrice di sensori (di tipo capacitivo, piezo-elettrico o sensori di forza resistivi) per misurare la presenza dei farmaci in esso contenuti e da una matrice di LED RGB (a tre colori rosso, verde e blu) per notificare al paziente quali farmaci deve assumere.
Se il paziente non estrae il farmaco previsto, il dispositivo segnala l’anomalia attraverso segnali luminosi e sonori. Il controllo della corretta assunzione del farmaco da parte del paziente avviene attraverso l’analisi del peso dei farmaci in ogni alloggiamento. Il contenitore è suddiviso in zone delimitate da separatori mobili ed è quindi in grado di adattarsi alle necessità della terapia medica attraverso una fase di personalizzazione ed una struttura modulare che consente di ritenere diverse tipologie di farmaci (ad es. pillole, supposte, bustine, siringhe).
Via alla banca dati sulle malattie ereditarie della retina
Si tratta di un approccio molto promettente in ambito oftalmologico, spiega Cusumano, non a caso circa un anno fa la FDA ha alzato il disco verde per un primo approccio di terapia genica per una malattia del nervo ottico che insorge nell'infanzia, la "amaurosi congenita di Leber". Oltre a questa, in ambito oftalmologico la terapia genica offre enormi potenzialità terapeutiche per le tante patologie ereditarie (familiari) - quali retinite pigmentosa, malattia di Stargardt, sindrome di Usher e molte altre patologie che determinano una grave e progressiva degenerazione della retina, accompagnata dalla perdita graduale della visione già in giovanissima età, e per le quali fino a poco tempo fa non vi era alcuna speranza di cura mentre ora per alcune vi sono già sperimentazioni di terapia genica in fase avanzata. "Per sviluppare appieno le potenzialità della terapia genica in oftalmologia - sostiene Cusumano - sarà dirimente la creazione della banca dati basata su una piattaforma comprendente dati familiari e personali (anamnesi), per esempio dati quali l'acuità visiva, risultati di esami della risposta della retina a stimoli esterni (come l'elettroretinogramma), dati di imaging con vari strumenti quali la tomografia-OCT e naturalmente i risultati dei test genetici.
L’origine fisica dei déjà-vu

Un team di ricerca internazionale, coordinato dal Dipartimento di Fisica della Sapienza, ha investigato e verificato sperimentalmente per la prima volta il fenomeno delle ricorrenze in fisica, dimostrando come la loro apparizione possa essere spiegata tramite equazioni matematiche esatte. I risultati dello studio sono pubblicati sulla rivista Physical Review X
Che cos’è un “déjà-vu”? Può la percezione che un preciso evento passato si stia ripresentando avere un fondamento reale?
Da un punto di vista fisico, un fenomeno analogo fu scoperto dagli scienziati Enrico Fermi, John Pasta e Stanislaw Ulam oltre sessant’anni fa ed è noto come ricorrenza di Fermi-Pasta-Ulam. Enrico Fermi, lavorando a quella prima macchina di calcolo che sarebbe diventato il moderno computer, trovò in modo del tutto inaspettato, che alcuni sistemi non lineari complessi (cioè con molti gradi di libertà interagenti tra loro) durante la loro naturale evoluzione potevano spontaneamente ritornare allo stato di partenza in modo ciclico, senza mai raggiungere un equilibrio finale.
Nello studio condotto dal Dipartimento di Fisica della Sapienza, con la collaborazione dell’Institute for Complex Systems del Consiglio nazionale delle ricerche - Cnr, della Shenzhen University, della Hebrew University of Jerusalem e del Landau Institute for Theoretical Physics, è stato dimostrato sperimentalmente e per la prima volta come la ricorrenza di Fermi-Pasta-Ulam abbia origine in un preciso moto collettivo del sistema e come questo possa essere predetto ottenendo, dalle equazioni modello, soluzioni matematiche esatte. I risultati dello studio sono pubblicati sulla rivista Physical Review X.
“Tali soluzioni ricorrenti esatte – spiega Davide Pierangeli, autore corrispondente dello studio – prevedono infiniti “déjà-vu” e sono state teorizzate recentemente da Grinevich e Santini nel contesto di sistemi non lineari ottici e idrodinamici, ma la possibilità di osservarle direttamente non era così scontata”. Con un’innovativa strategia sperimentale, che utilizza un cristallo reso altamente fotosensibile da campi elettromagnetici esterni (cristallo non lineare), il team ha osservato per la prima volta come specifiche onde ottiche possano ripresentarsi durante la propagazione della luce laser.
Risk or safety: Neuronal activity in the brain permits prediction of intuitive decisions
In an animal model, rats were offered two choices: One path led to the “safe” option and to a small, but reliable portion of food. The other path - the “risk” option - took the animals either to a fourfold portion, or to no food at all. With the risk option, the researchers altered the probability of the animals finding food or nothing at all multiple times during the experiment, and the rats learned to adapt their strategy and risk appetite accordingly. Through the experiment, the study author Johannes Passecker discovered that the decision was predicted by the activity of special nerve cells in the prefrontal cortex, even if unexpected decisions were made in contradiction to previous experiences.
Passecker, who conducted the study at the Center for Brain Research at the MedUni Vienna, and has recently started work at Columbia University in New York, explains: “Based on the analysis of the neuronal activity, we were able to predict what decisions the test animal were going to make next. Furthermore, through selective manipulation of the brain activity we were even able to influence the decisions of the animals such that they took a higher risk with their gambles.” This took place with the aid of optogenetic proteins - activatable by means of laser light - which were artificially introduced into the neurons of the prefrontal cortex. When the scientists selectively suppressed the neuronal activity in the prefrontal cortex, the rats took full risks and even ignored sustained failure.
Latte d’asina per i neonati prematuri
È un fortificatore ideale per la nutrizione dei bimbi pretermine in terapia intensiva: riduce sensibilmente i casi di intolleranza. È quanto emerge da uno studio condotto dall’Ospedale S.Anna di Torino e dal Cnr-Ispa di Torino, pubblicato sulla rivista Journal of Pediatric Gastroenterology and Nutrition
Il latte umano è il nostro primo alimento, anche per i prematuri che in Italia sono più del 6% di tutti i nati: oltre 30.000 l’anno, di cui 5.000 sotto i 1.500 grammi di peso. Tuttavia, dati i particolari fabbisogni nutrizionali, questo alimento deve essere fortificato con nutrienti, soprattutto proteine da latte vaccino, spesso mal tollerati dal fragile intestino dei bimbi nati pre-termine, ai quali causa vomito e distensioni addominali. Una risposta a questi problemi arriva da uno studio che dimostra come i segni di intolleranza alimentare siano più che dimezzati con l’uso del latte d’asina. La ricerca, che ha coinvolto 156 nati pre-termine, è stata condotta dai ricercatori dell’Istituto di scienze delle produzioni alimentari del Cnr di Torino (Cnr-Ispa) e dall’equipe di Terapia intensiva neonatale universitaria dell’ospedale Sant'Anna della Città della Salute di Torino con il sostegno della Compagnia di San Paolo di Torino ed è pubblicata sul Journal of Pediatric Gastroenterology and Nutrition.
“Studi recenti avevano già evidenziato che quello d’asina è il latte di mammifero più vicino come composizione al latte umano. Da qui l’idea di provarlo come integratore del latte materno”, premette Laura Cavallarin, ricercatrice Cnr-Ispa. “La prima fase del progetto ha previsto il disegno e la produzione del fortificatore sperimentale. Sono stati ottenuti due concentrati di latte d’asina, con tenore proteico e calorico uguale ai corrispondenti prodotti a base di latte vaccino disponibili in commercio, rispettando la normativa vigente in materia di alimenti per infanzia e garantendone la sicurezza microbiologica. Il latte d’asina, raccolto da due allevamenti piemontesi e uno di Reggio Emilia, è stato fornito da Eurolactis Italia. La formulazione e produzione del fortificatore sono stati brevettati, mentre la polverizzazione ed il confezionamento del prodotto finito sono state condotte con il supporto del Dipartimento di scienze del farmaco dell’Università del Piemonte Orientale e di due imprese farmaceutiche piemontesi, Procemsa e Proge Farm”.
Medicina
Alzheimer: la stimolazione elettrica può "frenare" le placche. La scoperta molecolare della Statale di Milano
Una ricerca pionieristica rivela come la tDCS (stimolazione transcranica a...
Paleontologia
I denti come specchio dell'antica Sumer: dieta, infanzia e società ad Abu Tbeirah
Un'indagine internazionale coordinata dall'Università La Sapienza di Roma, pubblicata sulla rivista PNAS, ha gettato...
Geografia e Storia
Dagli Ipogei del Tepui venezuelano ai terreni marziani: un protocollo innovativo per l'indagine di siti estremi
Un team internazionale ha applicato metodologie analitiche portatili avanzate per esaminare in situ le...
Astronomia e Spazio
Destinazione Giove: a Roma nasce lo SWIM Lab per scovare oceani extraterrestri
Inaugurato presso l'Università Roma Tre un centro di eccellenza mondiale: studierà...
Scienze Naturali e Ambiente
Foreste europee a rischio: entro il 2100 i danni da eventi estremi potrebbero raddoppiare
Un nuovo sguardo sul futuro degli ecosistemi boschiviUn'importante ricerca internazionale pubblicata...
Non perdere...

Scienzaonline con sottotitolo Sciencenew - Periodico
Autorizzazioni del Tribunale di Roma – diffusioni:
telematica quotidiana 229/2006 del 08/06/2006
mensile per mezzo stampa 293/2003 del 07/07/2003
Scienceonline, Autorizzazione del Tribunale di Roma 228/2006 del 29/05/06
Pubblicato a Roma – Via A. De Viti de Marco, 50 – Direttore Responsabile Guido Donati







