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Lunedì, 05 Marzo 2018 09:55

How the brain makes predictions

 

Goethe University Frankfurt can boast another EU-funded research project: With the appointment of Yee Lee Shing as Chair of Developmental Psychology her PIVOTAL research project has accompanied her to Frankfurt. Professor Shing’s research work investigates how the brain makes predictions.

Imagine coming into the office in the morning. Within a split second you will be able to tell whether everything is in its usual place – the furniture, the computer, your files – or not, as the case may be, or whether something has been left on your desk that does not belong there, for example a box of chocolates. Behind this ability to assess our environment is the “predictive brain”, i.e. the interaction of brain processes that lead to predictions. On what principles these predictions are based and how the interaction of the processes involved differ across the lifespan is the subject of research work being conducted by Professor Yee Lee Shing, who has held the Chair of Developmental Psychology at Goethe University Frankfurt since January.

According to Professor Shing, the brain is essentially a “prediction machine” that is constantly busy comparing new input from the environment with predictions generated by internal models of the brain. Only in this way is the human brain able to adapt to ever new situations and grasp new environments. To date, however, no researcher has examined the nature of the underlying internal models themselves or how new experiences influence these models. What is also so far unknown is how such a supposedly universal principle manifests itself in different brains – for example young or old ones. The long-term memory that may underlie the brain’s internal models is potentially the episodic and the semantic memory, personal experiences on the one hand and learned knowledge of the world on the other. Whilst children are better at remembering episodic contexts – think how unbeatable they are when playing “Memory” – older people can rely more on their semantic memory.

Pubblicato in Scienceonline


Scienziati dell’OGS coinvolti nella scoperta di una mega inondazione sul fondo del Mediterraneo centrale


Nel Mar Mediterraneo sono state trovate le tracce della più grande inondazione del nostro pianeta: un’alluvione catastrofica avvenuta quasi 6 milioni di anni fa nel corso della quale, l’acqua, passando dallo Stretto di Gibilterra, ha inondato tutto il bacino mediterraneo. Lo studio, che è stato recentemente pubblicato sulla rivista internazionale “Scientific Reports”, è stato guidato da Aaron Micallef dell’Università di Malta e da Angelo Camerlenghi dell’Istituto Nazionale di Oceanografia e di Geofisica Sperimentale - OGS, e ha coinvolto, oltre ad altri ricercatori OGS, anche ricercatori dell’ICTJA-CSIC (Spagna), dell’Università di Brest/CNRS (Francia), dell’Università di Catania, dell’Università di Kiel e GEOMAR (Germania).

Il team internazionale ha dimostrato come l'alluvione, nota come alluvione Zancleana, abbia messo fine alla cosiddetta Crisi di Salinità Messiniana, un periodo durante il quale, circa 6 milioni di anni fa, il Mar Mediterraneo si trasformò in un gigantesco lago salino a causa del restringimento della sua connessione con l'Oceano Atlantico e dell’intensa evaporazione. Una delle teorie proposte per spiegare il ritorno del Mar Mediterraneo alle normali condizioni marine alla fine della crisi di salinità, circa 640.000 anni dopo, è un'alluvione passata attraverso lo Stretto di Gibilterra.

Esaminando la più completa raccolta di dati di fondali marini provenienti dalla Sicilia orientale e dalle isole maltesi, i geologi hanno scoperto nelle profondità abissale del Mar Ionio una vasta massa di sedimenti sepolti che si pensa siano stati erosi e trasportati dall'alluvione Zancleana. Questa massa di detriti corrisponde a un'area equivalente a quella dell'isola di Creta e, in alcuni punti, ha uno spessore che raggiunge i 900 metri. Il passaggio dell'inondazione Zancleana attraverso la scarpata di Malta – un’enorme falesia calcarea sottomarina, al tempo parzialmente emersa - ha provocato una cascata alta 1,5 chilometri (equivalente a cinque volte l'altezza della Torre Eiffel). Questa acqua ha eroso un canyon di 5 chilometri di larghezza e 20 chilometri di lunghezza sul fondale marino che è ancora preservato sott'acqua al largo della città di Noto (Sicilia sud-orientale).

Pubblicato in Ambiente
Lunedì, 05 Marzo 2018 09:35

Vitamin D reduces mortality

 

 

A normal intake of vitamin D can reduce the risk of death substantially in people with cardiovascular disease, a Norwegian study shows.
A study from the University of Bergen (UiB) concludes that people who have suffered from cardiovascular disease, and have a normal intake of vitamin D, reduce their risk of morality as a consequence of the disease by 30 per cent. 
“We discovered that the right amount of vitamin D reduces the risk of death substantially.  However, too much or too little increase the risk,” says Professor Jutta Dierkes at the Department of Clinical Medicine, UiB, which lead the study.
The study followed as many as 4 000 patients with cardiovascular diseases from year 2000, for a period of 12 years. The average age of the participants was 62 years old at the start of the study. 

Difficult recommendations

The study showed that it is favourable to have blood values around 42 to 100 nmol/l. If you have higher or lower values, you are at greater risk of dying from cardiovascular disease.  According to Dierkes, it is difficult to give general a recommendation of how much vitamin D supplementation one should take.  “The optimal amount of vitamin D-supplement varies from one person to another. It depends where you live, and what kind of diet you have,” Dierkes points out.  For example, the Nordic countries recommend an intake of 10 microgram per day from all vitamin D-sources, USA recommends 15 micrograms and Germany 20.
“Even if Norwegians receive less sun then the Germans, the Norwegians have more fish in their diet. Fish and cod liver oil are important sources to vitamin D during the winter, in addition to physical activities outdoors during the summer,” Dierkes explains. 

Pubblicato in Scienceonline

 

The human papillomavirus (HPV) is the most common sexually transmitted disease. While vaccines are helping stop its spread, HPV is still the cause of 72 percent of oropharyngeal cancers, which impact the base of the tongue, tonsils and walls of the pharynx. "Given the alarming increase of HPV-attributable oropharyngeal cancers, dentists and dental hygienists may be key agents for promoting HPV prevention," said lead investigator Ellen Daley, PhD, a professor at the University of South Florida College of Public Health. "However, there's a serious need for better training and education in the dental community." In a study highlighted on the cover this month's Journal of the American Dental Association, Dr. Daley concludes most dentists don't discuss HPV prevention methods with their patients for a number of reasons. Some study participants admitted to not knowing enough about how one contracts HPV-related oropharyngeal cancer, its symptoms, transmission, progression and/or best prevention methods.

Pubblicato in Scienceonline

There are very few archaeological sites that have provided us with fossilised human footprints dating earlier than 300,000 years ago. This makes the recent discovery at the Ethiopian site of Gombore II-2, part of the greater Melka Kunture site, all the more significant. The footprints found there can be dated to 700,000 years ago, thanks to the volcanic tufa that covers the entire site. The excavated area at the edge of a water hole was intensely frequented in pre-historic times by mankind and animals alike. Indeed, traces of various species are plentiful, along with those of human beings and very young children (age 1-3). In particular, one of the children left a series of heel- and toe-prints.

“It was a very intense moment for us,” explains Flavio Altamura, the young researcher who headed the study that has just been published on Nature’s Scientific Reports. “Gombore II-2 has provided us with what may be the closest thing we’ll ever see to a photo of prehistoric life. We can practically say that these are the first steps of a child from 700,000 years ago, while the rest of the group carried on their daily activities.” The site has preserved the traces of a full range of activities, including the production of lithic tools in obsidian and other volcanic rock and the butchering of various hippopotami. There also are superimposed traces on the bones left by the carnivores who approached the animal carcasses after the hominids were finished with them. This reveals that the hominids were in full control of the environment.

Pubblicato in Scienceonline

 

New research has found no evidence Omega-3 fish oil supplements help aid or improve the reading ability or memory function of underperforming school-children. These findings are in contradiction to an earlier study run by the same team using the same supplement.

In the second high-quality trial of its kind, published in PLOS-ONE, the researchers found an entirely different result to an earlier study carried out in 2012, where omega-3 supplements were found to have a beneficial effect on the reading ability and working memory of school children with learning needs such as ADHD. In this second study, the researchers tested children who were in the bottom quarter of ability in reading, and found that fish oil supplements did not have any or very little effect on the children’s reading ability or working memory and behaviours. The team from the Universities of Birmingham and Oxford tested 376 children aged 7-9 years old, learning to read, but in the bottom quarter in terms of their ability. Half of the children took a daily Omega-3 fish oil supplement and the remaining children took a placebo for 16 weeks. Their reading and working memories were tested before and after by their parents at home and teachers in school - with no real differences found in the outcomes.

Professor Paul Montgomery, University of Birmingham, who led the research said:

‘We are all keen to help kids who are struggling at school and in these times of limited resources, my view is that funds should be spent on more promising interventions. The effects here, while good for a few kids, were not substantial for the many.’ Dr Thees Spreckelsen, University of Oxford, Co-Author of the report added: ‘Fish oil or Omega-3 fatty acids are widely regarded as beneficial. However, the evidence on benefits for children’s learning and behaviour is clearly not as strong as previously thought.’

 

http://journals.plos.org/plosone/article?id=10.1371/journal.pone.0192909

Pubblicato in Scienceonline
 

 

Il nostro cervello trasmette informazioni luminose come una moderna fibra ottica. Questa nuova ipotesi avanzata da un gruppo di ricercatori italiani, potrebbe contribuire a spiegare il grande salto evolutivo che ha permesso di realizzare le più complesse manifestazioni dell’intelligenza, come la coscienza, la volontà e la memoria. Lo studio è stato recentemente pubblicato su una rivista del gruppo Nature “Scientific Reports”, frutto del lavoro di un gruppo di ricerca multidisciplinare composto da Andrea Zangari, medico dell’Azienda Ospedaliera San Camillo Forlanini di Roma, Davide Micheli, Ingegnere di TIM S.P.A. di Roma, Roberta Galeazzi, ricercatore chimica organica presso dell’Università Politecnica delle Marche ad Ancona e Antonio Tozzi, fisico dell’Azienda USL Toscana Sud Est, Grosseto. Gli studiosi hanno descritto la struttura che genera l’impulso nervoso come un sistema di nanoantenne che, attraverso un processo molto complesso di cooperazione tra loro, sono in grado di emettere onde elettromagnetiche nelle lunghezze d’onda tra la luce visibile e l’infrarosso.

Queste vengono poi trasmesse lungo il nervo mediante lo stesso principio che si verifica nelle fibre ottiche. La nuova ipotesi richiederà ulteriori studi sperimentali, che apriranno nuovi scenari nello studio della trasmissione nervosa, con promettenti implicazioni nella bioingegneria del sistema nervoso, nell’intelligenza artificiale e nella terapia di gravi malattie degenerative come la sclerosi multipla.
 
LINK ARTICOLO 
www.nature.com/articles/s41598-017-18866-x 
 
SINTESI DELL’ARTICOLO 
Un gruppo di ricercatori italiani avanza una nuova ipotesi sui meccanismi della trasmissione neurale. Secondo gli studiosi, ai già noti processi coinvolti nella neurotrasmissione contribuirebbe la generazione e la trasmissione di fotoni, in altre parole radiazione luminosa, nello spettro del visibile e dell’infrarosso, con evidenti implicazioni di straordinaria importanza.

Il lavoro è stato di recente pubblicato sulla rivista Scientific Reports (Zangari A, Micheli D, Galeazzi R, Tozzi A: Node of Ranvier as an Array of Bio-Nanoantennas for Infrared Communication in Nerve Tissue. Sci Rep. 2018 Jan 11;8(1):539. doi: 10.1038/s41598-017-18866-x) al seguente link http://rdcu.be/EuVM, dal gruppo di ricerca multidisciplinare, composto da Andrea Zangari, medico dell’Azienda Ospedaliera San Camillo Forlanini, UOC Chirurgia e Urologia Pediatrica di Roma, Davide Micheli, Ingegnere di TIM S.P.A., Wireless Access Engineering Department di Roma, Roberta Galeazzi, ricercatore chimica organica presso il Dipartimento di Scienze della Vita e dell’Ambiente dell’Università Politecnica delle Marche di Ancona e Antonio Tozzi, fisico della UOC Fisica Sanitaria, Azienda USL Toscana Sud Est, Grosseto.

La trasmissione di segnali lungo la fibra nervosa o assone, secondo la ben nota teoria dei premi Nobel Hodgkin e Huxley, si realizza attraverso l’attivazione a catena di correnti elettriche attraverso speciali canali ionici presenti nella membrana cellulare. Alcuni assoni sono dotati di un rivestimento pluristratificato compatto formato da una sostanza detta mielina, interrotta ad intervalli regolari da brevi segmenti di assone “nudo”, detti nodi di Ranvier. Questo complesso nodo-mielina determina una velocità di conduzione molto più elevata rispetto all’assone non mielinizzato, grazie alla cosiddetta conduzione saltatoria, mediante la quale l’impulso elettrico può “saltare” da un nodo all’altro per le proprietà isolanti della mielina.

Il nuovo modello conferma la possibilità di trasferimento delle informazioni nelle fibre nervose mediante la generazione di fotoni e la loro trasmissione secondo i principi della fibra ottica. Infatti, nonostante alcune evidenze scientifiche del passaggio di fotoni nelle fibre nervose, nessuna ipotesi era stata avanzata su quale fosse la loro sorgente, che gli autori identificano nel nodo di Ranvier. Qui, grazie alla particolare disposizione geometrica dei canali ionici, si realizza un sistema di nanoantenne in grado di emettere onde elettromagnetiche nelle lunghezze d’onda tra la luce visibile e l’infrarosso. Un sistema molto complesso di cooperazione tra le nanoantenne, concentrerebbe il massimo della radiazione elettromagnetica emessa verso il tratto di assone rivestito di mielina, che la trasporterebbe funzionando come una fibra ottica, ipotesi già avanzata recentemente anche in un'altra pubblicazione, che viene in tal modo confermata.

Identificando la sorgente di tali radiazioni viene così consolidato un nuovo paradigma, che propone un’evoluzione dell’attuale teoria, aggiungendo a quella ti tipo elettrico quella di tipo elettromagnetico. Gli autori non solo hanno analizzato e messo in relazione tra loro numerose evidenze presenti nella letteratura scientifica a sostegno della ipotesi, ma sottolineano l’importanza del significato evolutivo che essa assume. Infatti è intuitiva la superiorità della trasmissione ottica rispetto a quella elettrica in termini di capacità di trasporto di informazioni, che si immagina facilmente mettendo a confronto il vecchio telefono a cavi elettrici con i sistemi attuali in fibra ottica. Questo potrebbe contribuire a spiegare il grande salto evolutivo che ha permesso di realizzare le più complesse manifestazioni dell’intelligenza, come la coscienza, la volontà e la memoria. E’ infine interessante notare che la natura ha utilizzato in maniera molto efficiente negli esseri viventi i concetti di antenna e di fibra ottica molto tempo prima che l’intelligenza dell’uomo li inventasse, prima per applicarli alle telecomunicazioni e poi per scoprire che anche la vita ne fa uso. La nuova ipotesi richiederà ulteriori studi sperimentali, che apriranno ampi scenari nello studio della trasmissione nervosa, con promettenti implicazioni nella bioingegneria del sistema nervoso, nell’intelligenza artificiale e nella terapia di gravi malattie degenerative come la sclerosi multipla.

 
 
Pubblicato in Medicina
 

Scoperto il “lato buono” del recettore TLR4. Normalmente responsabile dei fenomeni infiammatori, il TLR4, se opportunamente stimolato può favorire la crescita e la differenziazione delle cellule staminali neurali (NSC), attualmente in sperimentazione per una serie di malattie del sistema nervoso, come la sclerosi laterale amiotrofica (SLA) e la sclerosi multipla (SM). Lo rivela lo studio “Toll-like receptor 4 modulation influences human neural stem cell proliferation and differentiation” (doi: 10.1038/s41419-017-0139-8) condotto da un team di ricerca dell’Università di Milano-Bicocca e dall’IRCCS Casa Sollievo della Sofferenza di San Giovanni Rotondo recentemente pubblicato sulla rivista Cell Death and Disease. I ricercatori hanno osservato per la prima volta che le cellule staminali neurali possiedono il recettore TLR4 già attivo durante la loro normale fase di crescita. Questo ha permesso di rivelarne la sua doppia natura: se modulato da molecole-farmaco prodotte in laboratorio, il recettore TLR4 delle cellule staminali, invece che indurre l’infiammazione e quindi danneggiare le cellule, favorisce la crescita e la capacità di differenziarsi delle cellule staminali stesse. 

Pubblicato in Medicina

 

 

Scientists have identified a single genetic change in Salmonella that is playing a key role in the devastating epidemic of bloodstream infections currently killing around 400,000 people each year in sub-Saharan Africa. Invasive non-typhoidal Salmonellosis (iNTS) occurs when Salmonella bacteria, which normally cause gastrointestinal illness, enter the bloodstream and spread through the human body. The African iNTS epidemic is caused by a variant of Salmonella Typhimurium (ST313) that is resistant to antibiotics and generally affects individuals with immune systems weakened by malaria or HIV. In a new study published in Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States, a team of researchers from the Universities of Birmingham and Liverpool have identified a specific genetic change, or single-nucleotide polymorphism (SNP), that helps the African Salmonella to survive in the human bloodstream.

Pubblicato in Scienceonline

Un gruppo di ricerca internazionale coordinato dalla Sapienza, ha utilizzato una tecnica innovativa di sequenziamento del Dna per ricostruire l’evoluzione della specie umana all’interno del continente africano. I risultati sono pubblicati su Genome Biology. La storia dei movimenti umani attraverso il Sahara, è racchiusa non solo nei reperti archeologici riconducibili ad antichi insediamenti sahariani, ma anche nel nostro genoma. Questa nuova prospettiva, che finora non era mai stata analizzata, è stata adottata dal team di ricerca internazionale coordinato da Fulvio Cruciani del Dipartimento di Biologia e biotecnologie “Charles Darwin” della Sapienza di Roma, evidenziando che il pool genetico maschile di popolazioni nord-africane e sub-sahariane è stato plasmato da antiche migrazioni umane trans-sahariane. Lo studio, pubblicato dal gruppo sulla rivista Genome Biology, costituisce un importante contributo al progresso conoscitivo sull’evoluzione umana e in particolare sul ruolo del cosiddetto “Green Sahara” nel popolamento dell’Africa.

Durante l’optimum climatico dell’Olocene (tra 12 mila e 5 mila anni fa), il Sahara era una terra fertile (da cui “Green Sahara”) e dunque non rappresentava una barriera geografica per eventuali sposamenti umani tra l’Africa sub-sahariana e le coste mediterranee del continente. Per analizzare il popolamento di questa regione i ricercatori si sono avvalsi di una tecnica innovativa (next-generation sequencing) per sequenziare circa 3,3 milioni di basi del cromosoma Y umano in 104 individui maschi, selezionati mediante uno screening di migliaia di campioni.

Pubblicato in Paleontologia

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