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I batteri come strumento per prevenire lo stress post traumatico?

Per quanto possa suonare strano alcuni dati recenti sembrano indicare che, almeno nei topi, è possibile aumentare la resilienza agli effetti dello stress mediante i batteri.
 
La ricerca, pubblicata su PNAS (Proceedings of National Academy of Sciences) da ricercatori della università del Colorado, mostra che è possibile aumentare la resistenza allo stress nei topi maschi (come evidenzia il calo di paura e ansia nell'affrontare situazioni difficili) iniettando loro un particolare tipo di batteri in forma inerte (uccisi dal calore). 
Da un punto di vista neurochimico tali effetti appaiono correlati alla variazione del livello di serotonina nel cervello in modo non troppo diverso da quanto indotto dagli antidepressivi o da rimedi naturali come una costante attività sportiva (fenomeno ben noto a chi fa jogging tutte le mattine). Non si tratta solo di effetti positivi sull'umore ma soprattutto di una maggiore protezione alla colite indotta da stress (anche questa ben nota) causata da un cronico stato infiammatorio intestinale.

Il batterio usato, Mycobacterium vaccae, è un batterio innocuo (almeno nei soggetti immunocompetenti) molto diffuso nell'ambiente. 
Una piastra con colture di M. vaccae
(courtesy: exploringtheinvisible.com)
Sebbene possa sembrare inverosimile che un batterio abitante nel suolo abbia una azione benefica per la salute mentale, bisogna sempre ricordare che la nostra salute fisica è strettamente correlata con il microbiota, la massa di microorganismi che noi ospitiamo sia sulla cute che nell'apparato gastrointestinale (maggiori dettagli --> QUI). Uno squilibrio (o una perdita come avviene dopo la terapia antibiotica) in queste popolazioni produce effetti su più livelli sia per la diminuita competizione tra microbi che favorisce la diffusione dei ceppi patogeni che per la nostra ridotta capacità di metabolizzare le sostanze ingerite. Non da ultima l'azione da "sparring partner" che il microbiota ha con il nostro sistema immunitario, che viene tenuto "allenato" e "calibrato", prevenendone eccessi reattivi: è noto infatti che i bambini cresciuti in un ambiente "iper-sanitizzato" hanno una maggiore probabilità di sviluppare allergie e asma, entrambe manifestazioni di una eccessiva e poco regolata attività immunitaria.
Se il possedere un sistema immunitario "allenato" è importante per l'efficacia delle nostre difese e per diminuire la possibilità di reazioni autoimmuni, non deve nemmeno sorprendere che problemi nella sua regolazione, come avviene in uno stato infiammatorio cronico, siano forieri di disturbi a livello centrale come quelli psichiatrici.
Un tema questo ben descritto nel testo oramai classico di Michael Gershon sull'intestino come "secondo cervello". I microbi intestinali sono, cosa importantissima ma poco nota, i principali produttori della serotonina, il nostro neurotrasmettitore "dell'umore" (--> Caltech). Per maggiori informazioni vi invito ad ascoltare l'intervista al prof. Piero Cortelli andata in onda a Moebius su Radio24 (--> mp3).
I disturbi psichiatrici causati da stress (cronico o acuto) sono un problema particolarmente importante nei veterani di guerra e in generale nelle persone traumatizzate da eventi violenti. Queste sindromi (post-traumatic stress disorder - PTSD) sono associate ad uno stato infiammatorio cronico causato dallo stress.
Torniamo al M. vaccae e ai suoi effetti terapeutici nei topi di laboratorio.
Il batterio si è rivelato capace di normalizzare colite e alcuni sintomi psichiatrici proprio grazie alla sua azione sul sistema immunitario, forzato a spegnere le attività ridondanti causa del permanere dello stato infiammatorio.
Nello specifico, i ricercatori hanno confrontato la risposta comportamentale in due gruppi di topi maschi, uno iniettato con un placebo e l'altro con una miscela di batteri uccisi dal calore, in grado però di attivare la risposta immunitaria. Dopo l'immunizzazione i topi sono stati fatti coabitare per 19 giorni con un maschio dominante, una situazione che induce nel maschio "ospite" un comportamento remissivo e uno stato di stress esattamente come avviene negli esseri umani quando sono forzati a rimanere in una situazione non voluta.
I topi immunizzati con i batteri presentavano livelli di stress alla vista del maschio dominante inferiori del 50% rispetto ai controlli trattati con placebo.
E' bene precisare che tale stato non era configurabile come un "minor rispetto verso il dominante", situazione che avrebbe innescato confronti fisici tra i due; il topo ospite continuava a mostrarsi cauto verso ogni situazione di pericolo e sottomesso al "capo", senza però lo stato di panico evidente nel gruppo di controllo. Un esempio diametralmente opposto che mostra il caso in cui la riduzione di paura è "patologica" lo si ha nei topi affetti da toxoplasmosi che ... smettono di avere paura dei gatti, con conseguenze facilmente immaginabili (--> articolo).
Stesse conclusioni dalla osservazione di una delle attività più comuni nei roditori, quella dell'esplorazione dell'ambiente, ed una delle prime a venire meno nei topi stressati; i topi trattati mantenevano una curiosità inalterata durante le loro passeggiate esplorative.
Lo stato "non stressato" si protraeva per almeno due settimane dopo il trattamento ed era associato ad un miglioramento dei parametri fisiologici del topo. In altre parole i topi trattati stavano meglio e mostravano un atteggiamento pro-attivo e un maggiore controllo della situazione.

L'iniezione di M. vaccae, a differenza di un vaccino classico NON è finalizzata a presentare al sistema immunitario un particolare antigene (e quindi ad innescare una risposta verso esso o come avviene nella cura delle allergie ad indurre una tolleranza), ma serve per attivare le risposte immunomodulanti che sono alla base del corretto funzionamento (autoregolazione) della risposta immunitaria.

Se il dato venisse confermato in essere umano, si aprirebbero interessanti prospettive terapeutiche nel trattamento delle patologie da stress.

Articoli precedenti sul tema PTSD: "Cancellare gli incubi"; "Stress post-traumatico ..."

Fonte
- Immunization with Bacteria Promotes Stress Resilience, Coping Behaviors in Mice
University of California San Diego, news

- Bacterial immunization prevents PTSD-like symptoms in mice
University College London, news



Con NICHE si gioca ai biologi evoluzionisti usando il concetto di nicchia ecologica

Niche ("nicchia" in italiano) in linguaggio economico indica un segmento del mercato di un bene o di un servizio rappresentato da un gruppo fortemente caratterizzato di consumatori, cui si rivolge un numero limitato di produttori. In biologia invece indica la posizione di una specie (o anche solo di una popolazione) all'interno di un ecosistema, uno stato alla base dei concetti di adattamento e di selezione naturale; in altre parole come un organismo/popolazione risponde alla distribuzione delle risorse e dei concorrenti e come a sua volta altera quegli stessi fattori.
Concetti questi fondamentali per un genetista di popolazioni.

Un videogame come Niche potrebbe quindi apparire come un prodotto fatto e pensato per biologi che vogliono esplorare ludicamente dei concetti per loro familiari (in effetti suona molto da nerd ...). Può essere, ma di sicuro il gioco (ora in fase di sviluppo) ha attirato l'attenzione di molte persone non appartenenti al mondo scientifico. Il che in effetti è una sorta di déjà-vu se qualcuno si ricorda di Spore, un gioco di notevole successo apparso nel 2008 in cui si segue e si guida l'evoluzione dallo stadio unicellulare ad una forma di vita capace di esplorare l'universo.
Giochi simili e con una spruzzatina di tematiche biologiche sono "StarMade", "Species: Artificial Life, Real Evolution", "Creatures Exodus", "SimLife: The Genetic Playground", "Osmos" e mettiamoci pure il fantascientifico "No Man’s Sky" (se cliccate sul nome andate diretti alla pagina del trailer). Se invece volete giocare alla scienza "vera" e contribuire in questo modo alle scoperte, allora "Foldit" fa per voi (in pratica giocando aiutate a ricostruire la struttura ternaria di una proteina in studio). Ancora non vi basta? Ecco altri giochi "utili": "Folding"; "Eterna"; "Eyewire"; "Phylo"; "The Cure"; "Citizen Sort"; "AI Game Research"; "Crowdcrafting"; "Science at home" ... .

In Niche l'obiettivo è quello di creare le proprie specie animali e scolpire una nicchia ecologica in cui tali specie siano in grado di sopravvivere e prosperare sul lungo periodo.
Per raggiungere questo obiettivo, i giocatori dovranno affrontare sfide classiche come quelle poste dai predatori, da ambienti diversi e  dall'effetto dei cambiamenti climatici, e infine dalle malattie e dai problemi di adattamento su cui l'evoluzione agisce.

Insomma un vero divertimento per chi ama giochi come Civilization, forse un po' meno per i fan di uno sparatutto.

Gli sviluppatori del gioco hanno cercato di includere il maggior numero di approcci per affrontare le sfide poste dalla natura come ad esempio sviluppare il mimetismo naturale, fare crescere corna ed artigli (ma anche produrre tossine) per migliorare la capacità di difendersi dai predatori o per battere i concorrenti della stessa specie. Giusto per non essere superficiali non ci si è dimenticati dell'accoppiamento come modalità evolutiva e l'ereditarietà delle caratteristiche biologiche è stata sviluppata su concetti genetici come i diversi gradi di dominanza allelica.

La parte più complicata del gioco è tenere d'occhio la specie selezionata, vigilando sul patrimonio genetico e seguendo i ritmi di nascita, crescita, invecchiamento e morte, alla base di ogni equilibrio ecologico. Ovviamente più la specie diventa "forte" e maggiore sarà il suo accesso al cibo e ad un territorio sempre più vasto; ma questo impone modifiche strutturali che se assenti porteranno la specie in un vicolo cieco evolutivo. Si imparerà anche che per quanto una specie possa essere in un dato momento dominante, se distrugge la propria nicchia (sovrappopolazione ad esempio) è destinata a scomparire, come avvenuto innumerevoli volte nel corso della evoluzione su questo pianeta.

Come sopra anticipato si tratta di un progetto in fase di realizzazione per cui è stata aperta la ricerca di fondi su Kickstarter, una delle piattaforme più note nel campo delle start-up (digitali e non), dove i finanziatori pagano per avere benefici esclusivi (non ritorni economici) se e quando il prodotto vedrà la luce.
Non si tratta, è bene chiarirlo, di una semplice idea ma di un progetto in divenire la cui giocabilità è stata testata su Greenlight Steam.
Se l'obiettivo iniziale era di raccogliere 15 mila dollari, ad oggi la campagna di finanziamenti ha superato i 72 mila grazie a circa 3 mila sostenitori in giro per il mondo aumentando così, gradino dopo gradino, la complessità del prodotto. Al momento in cui scrivo la strategia è quella di fornire in questi mesi un accesso limitato riservato ai finanziatori, in modo da correggere i bug e di prepararsi alla commercializzazione del gioco (probabilmente su Steam e per le piattaforme PC, Mac e Linux) ipotizzata per febbraio 2017.

Per avere un'idea di come sarà il gioco vi invito a guardare il video su youtube linkato nella legenda allo screenshot:
Clicca --> QUI per il video promo e QUI per l'intervista agli sviluppatori
(credit: niche-game.com / Kickstarter)

Fonte
- Niche su kickstarter.com
- niche-game.com/


Essere un pipistrello carnivoro non è evolutivamente semplice

Paura? E perché mai? Si
nutre solo di fiori (wikipedia
&
J. Patrick Fischer)
Nonostante la moda imperante dei vampiri succhiasangue i pipistrelli non ci pensano proprio ad adeguarsi agli stereotipi. 
Del resto perché dovrebbero? Solo un numero meno che piccolo delle 1300 specie dei chirotteri è ematofaga e per di più si tratta dei "cugini" sudamericani con cui le altre specie ben poco condividono come gusti alimentari. La maggior parte dei pipistrelli è infatti "fruttariana" o insettivora come ben sanno gli abitanti di Milano quando tempo fa venne lanciata l'idea di sfruttare i pipistrelli come arma biologica contro le zanzare.

Nei loro 52 milioni di anni di storia evolutiva questi mammiferi volanti si sono tuttavia adattati a diverse diete tra cui anche quella carnivora, con predilezione per i piccoli vertebrati, ivi compresi altri pipistrelli. Una transizione in realtà non semplice per questa tipologia di mammiferi sui cui passaggi hanno lavorato a lungo i biologi della University of Washington.
Dall'alto i teschi di pipistrelli
insettivori, carnivori e piscivori

(credit: Sharlene Santana)
Dal loro studio, pubblicato su Proceedings of Royal Society B, è emerso che il primo passaggio per adattarsi ad una dieta carnivora è stato modificare cranio e mandibola così da fornire adeguati punti di attacco ai muscoli e aumentare sia la potenza del morso che l'apertura della mascella (entrambi elementi "poco importanti" per un insettivoro). 
Particolarmente interessante la scoperta che il "cambio di dieta" (da insetti a vertebrati) è avvenuto almeno 6 volte nella storia evolutiva dei pipistrelli. Il dato è emerso dall'analisi ad alta risoluzione dei crani di 140 pipistrelli appartenenti alle 35 specie che raggruppano tutte le abitudini alimentari dei pipistrelli.

I pipistrelli carnivori presentano come detto caratteristiche uniche che riflettono gli adattamenti sviluppati. Se in linea generale gli animali più grandi (insettivori o carnivori che fossero) presentano musi allungati, sono i carnivori quelli con il cranio di maggiori dimensioni. Una eccezione riguarda i pipistrelli che si nutrono di pesci, in cui non è l'apertura mascellare l'elemento selezionato ma la potenza del morso e della masticazione. Vale la pena ricordare che essendo i pipistrelli privi dell'apparato dentale tipico di altri mammiferi carnivori che consente di strappare brandelli di carne, sono costretti a masticare tutto il corpo della preda (ossa comprese) fino a ridurlo a dimensioni adatte per essere ingoiato.
Lo studio è interessante in quanto completa la visione dicotomica tra erbivori e carnivori, centrata finora sul fatto che tale differenziazione è avvenuta nelle prime fasi della speciazione dei mammiferi tanto che i carnivori sono "obbligati" a tale tipo di dieta (checchè ne pensino i folli che cercano di fare diventare vegetariano il proprio gatto ... facendolo così ammalare) mancando degli elementi fisiologici base per digerire il materiale vegetale.


Fonte
- Go big or go fish: morphological specializations in carnivorous bats
Sharlene E. Santana, Elena Cheung (2016) Proc. R. Soc. B 2016 283 20160615

Sui rimedi basati sulla erboristica. Naturali certo ... ma (alcuni) sono "naturalmente" cancerogeni

Sappiamo da testimonianze scritte e da ritrovamenti archeologici che gli esseri umani hanno usato per millenni le erbe sia a scopo preventivo che terapeutico. 
©wikimedia commons

Niente di male in questo, anzi, visto che è grazie ad esse che i nostri antenati hanno potuto massimizzare la loro capacità di sopravvivenza in un ambiente ostile.

Ancora oggi le erbe medicinali godono di una vasta popolarità alimentata da fattori culturali, tradizioni secolari e - soprattutto negli ultimi anni - da una fiorente industria che attraverso un marketing costante e pervasivo alimenta il la convinzione che: 
  • questi prodotti sono a basso impatto, sicuri ed efficaci, quindi vere e proprie alternative naturali ai prodotti farmaceutici; 
  • possiedono proprietà uniche che non si trovano nei farmaci; 
  • sono meno tossici e più efficaci quando usati in combinazione (principio cardine questo della medicina tradizionale cinese).
Il problema in questa narrazione è che tende ad essere assolutista centrata come è sulla distinzione tra prodotti di sintesi e prodotti naturali, cosa che non ha alcun senso aprioristico dato che come ben sappiamo non tutte le erbe hanno proprietà benigne, anzi talvolta sono mortali a dosaggi ben inferiori a quelli del più "cattivo" dei farmaci autorizzati per l'uso. Inoltre, non possiamo sapere se tutti i prodotti erboristici sono sicuri perché solo pochi sono stati studiati in modo sistematico per verificare eventuali effetti di lungo periodo come tossicità e carcinogenicità. Del resto molte delle piante usate nella medicina tradizionale sono parte dell'uso "comune" in quanto capaci di curare un raffreddore, lenire i dolori del morso di un serpente o altri problemi quotidiani e non sono certo mai stati valutati per una eventuale nefrotossicità sul medio-lungo periodo; del resto che senso avrebbe avuto quando storicamente l'aspettativa di vita è stata per millenni inferiore ai 40 anni?

Un esempio ci potrà meglio aiutare a capire le problematiche connesse.

Il caso Aristolochia
Il potente effetto tossico associato all'uso di Aristolochia è emerso solo recentemente e grazie ad alcuni studi epidemiologici, tanto che i negozi di erboristeria (online e non) hanno avvisato la clientela dei conclamati rischi per la salute associati alla pianta. Una tossicità fino a poco tempo fa ignota soprattutto perché, a causa della categoria di appartenenza, il prodotto non rientrava tra quelli passibili di controlli rigorosi come avviene per un qualunque farmaco (o anche per i prodotti alimentari). Il caso ha rinfocolato la discussione sulla necessità di regolamentare i prodotti usati in fitoterapia, almeno nei paesi sviluppati (gli unici ovviamente in cui il controllo è implementabile).
Aristolochoia arborea
(credit: Kurt Stüber/wikimedia)

I primi indizi della forte tossicità (e cancerogenicità) della Aristolochia emersero nei primi anni '90, quando in Belgio circa 100 donne, per il resto sane, svilupparono una malattia renale di rapida progressione culminante nella necessità di dialisi e trapianto. Il numero era troppo elevato per passare sottotraccia e una indagine fu attivata per capire se l'agente causale fosse di tipo ambientale (virus, contaminanti chimici, ...) o alimentare. Lo studio identificò il probabile colpevole (cioè l'unica cosa che avevano in comune le pazienti) in un prodotto erboristico finalizzato alla perdita di peso; tra gli ingredienti del preparato figurava la Aristolochia fangchi, comunemente usata tra l'altro nella medicina tradizionale cinese. Allargando il campo dell'indagine si scoprì che in totale erano 1800 le donne ad avere assunto il prodotto nell'arco nei precedenti 20 mesi. 
Sebbene la maggior parte dei soggetti non avesse manifestato effetti collaterali rilevanti, una percentuale non irrilevante delle utilizzatrici manifestò problemi renali seri, vale a dire necessitanti il ricovero in ospedale.

Jean-Pierre Cosyns, patologo presso l'Università Cattolica di Bruxelles, fu tra i primi a notare la somiglianza tra tali complicanze renali e la cosiddetta "nefropatia da erbe cinesi" (CHN) i cui effetti sul lungo periodo vedono la comparsa di carcinomi uroteliali del tratto superiore. La CHN ha inoltre similitudini con un'altra malattia renale cronica ad eziologia sconosciuta nota come nefropatia endemica dei Balcani (BEN), anche questa poi associata all'utilizzo della Aristolochia.
Nota. La scoperta della correlazione tra BEN e Aristolochia è merito di alcune osservazioni "accidentali" fatte da un microbiologo serbo che scoprì come i metodi tradizionali utilizzati per la raccolta e la molitura del grano per preparare il pane fatto in casa, facilitavano la "contaminazione" dei chicchi di grano con i semi di Aristolochia clematitis. Sulla base di questi indizi Arthur Grollman ipotizzò una correlazione tra danno renale e l'ingestione di acidi aristolochici di cui i semi di Aristolochia sono ricchi; tali acidi appartengono ad una famiglia di composti (naturali) con azione mutagena, nefrotossica e cancerogena. L'ipotesi venne in seguito confermata in laboratorio.
Un acido aristolochico
La famiglia di piante erbacee Aristolochia occupa un posto di rilievo nella storia della medicina. Fu Teofrasto (371-287 a.C), uno studente di Aristotele, a citare per la prima volta la Aristolochia clematitis, e a suggerirne il suo utilizzo nel trattamento di morsi di serpente, ferite alla testa, insonnia, stipsi, problemi all'utero ed edema generalizzato. Intorno al 70 d.C, Dioscoride redasse il trattato De Materia Medica, probabilmente il testo medico più influente dell'antichità classica dove descrisse dettagliatamente le proprietà farmaceutiche della pianta (il libro tradotto poi in latino e arabo medievale, fu uno dei primi libri stampati e venne inserito nella farmacopea di Londra nel 1618). Non solo "Europa" tuttavia dato che le descrizioni sulle proprietà della pianta erano presenti sia in alcuni trattati precolombiani nelle Americhe che in oriente, ad esempio nel Charaka Samhita (uno dei primi trattati medici ayurvedici risalente al 400 d.C. e ancora oggi in uso). Il non avere rilevato prima il potente effetto tossico di una pianta ampiamente usata nella fitoterapia non è da attribuire a "facilonerie" dei medici antichi ma all'ampio periodo di latenza tra esposizione ed insorgenza della malattia oltre che alla variabilità genetica che rende particolarmente suscettibili circa il 5 % delle persone esposte (al netto delle patologie concomitanti tipiche delle persone che vivevano nell'epoca pre-moderna).
di Tina Cecchini, Bernardo Ticli (2009)
Lo studio della BEN aprì le porte ad indagini epidemiologiche ad ampio spettro in quei paesi in cui la Aristolochia era un ingrediente diffuso della medicina tradizionale, con lo scopo di individuare le casistiche "sommerse" (ricordo ancora che non trattandosi di prodotti con tossicità acuta come i funghi velenosi, sfuggono facilmente alla individuazione, specie nei paesi con molte altre patologie endemiche). Nello specifico le indagini identificarono nei paesi asiatici una correlazione tra la frequenza di alcuni tumori e la presenza sul "mercato" di prodotti della medicina tradizionale cinese contenenti estratti della Aristolochia. Taiwan in particolare si rivelò l'area migliore di studio per la elevata frequenza dei tumori renali (altrove rari) e dove, guarda caso, tra il 1997 e il 2003,  almeno un terzo della popolazione aveva acquistato prodotti erboristici.

Gli studi successivi permisero di identificare una straordinaria correlazione tra la tipologia di alterazioni del DNA rilevate nei pazienti serbi (--> pane contaminato con semi di Aristolochia) e quelle nei pazienti asiatici; due campioni diversi per stile di vita, alimentazione e background genetico, ... ma accomunati dalla Aristolochia.
Dato confermato in seguito anche nelle pazienti belghe per le quali si poteva escludere l'aver utilizzato farine prodotte secondo il metodo tradizionale balcanico; l'unico punto di contatto (alias la fonte di acidi aristolochici) erano le componenti del trattamento dimagrante. 

Conclusione
La scoperta rinforza la necessità di quantificare gli effetti "sommersi" potenzialmente presenti nel buco nero dei rimedi erboristici tradizionali. Un campo non secondario sia per ragioni di "moda" che per il sempre maggiore interesse per eventuali molecole farmacologicamente attive presenti nelle piante da parte della big Pharma.
Un prodotto naturale derivato da una pianta non è sinonimo assoluto di benessere anche se innumerevoli sono i benefici (alimentari e non) che possiamo trovare in esse. Molte sono le molecole, peraltro molto usate, dotate di forte tossicità, come ad esempio gli alcaloidi, il cui utilizzo è divenuto possibile solo una volta compresa la loro farmacodinamica. Digossina, atropina, morfina, efedrina, nicotina, ricina, etc sono solo alcuni dei tanti composti tossici che le piante producono come difesa contro agenti patogeni e parassiti ma anche contro gli erbivori. 
Molte erbe possono contenere sostanze tossiche o cancerogene ancorché perfettamente e incontrovertibilmente naturali.
"Do you believe in magic" fornisce una panoramicasul mondo di vitamine, integratori e alle promesse mirabolanti dei venditori del "naturale".Paul A., M.D. Offit è professore di pediatria alla università della Pennsylvania

Ad oggi nella sola UE più di 1300 prodotti medicali vegetali derivati da principi della medicina tradizionale sono stati registrati in uno o più dei 28 paesi membri. Solo recentemente le autorità regolatorie hanno iniziato a lavorare sulla stesura di linee guida obbligatorie prima della messa sul mercato di rimedi erboristici; normative che imporrebbero l'utilizzo di parametri come efficacia, qualità produttiva e sicurezza così come avviene per i farmaci tradizionali. 
Una precauzione non più rimandabile dopo l'annuncio da parte di paesi africani ed asiatici di investire nella produzione ed esportazione di prodotti categorizzabili come "rimedi tradizionali".

Fonte
- Global hazards of herbal remedies: lessons from Aristolochia
Arthur P Grollman, Donald M Marcus (2016) EMBO reports, 17/619-625



Il cervello cancella la percezione del proprio battito non per "abitudine" ma per il nostro bene

Vi è mai capitato di sentire il cuore battere così forte da pensare che la persona vicino a voi potesse sentirlo?
E come mai, nonostante il battito sia facilmente udibile avvicinando l'orecchio al torace, tale suono non giunge di solito all'orecchio del portatore nonostante i tessuti e le cavità interne siano degli ottimi trasmettitori?

I ricercatori svizzeri dell'EPFL hanno cercato di dare una risposta dettagliata in un articolo pubblicato su The Journal of Neuroscience in cui si osserva che il cervello opera una noise reduction ("cancellazione del rumore" come fanno alcuni auricolari attivi) eliminando così la percezione del suono. Secondo gli autori non si tratta semplicemente di una "abitudine al suono" ma di un meccanismo evolutosi già nelle prime fasi dell'evoluzione dei cordati per impedire l'interferenza tra le "sensazioni interne" e la percezione del mondo esterno.
Nulla di strano in tale capacità di filtraggio dal momento che il cuore comincia a battere quando ancora il cervello è solo un abbozzo di cellule ed è quindi da subito esposto al suo "rumore".
Cosa ancora più interessante, le anomalie nel sistema di cancellazione potrebbero facilitare l'insorgenza di disturbi come l'ansia e diminuire la qualità visiva, specie quando lo stimolo visivo si sovrappone temporalmente al battito cardiaco.
La ragione di questa commistione sensoriale è che il nostro apparato visivo (occhi e cervello) funziona in modo concettualmente diverso da quello di una videocamera il cui scopo è catturare ogni immagine (e i dettagli in essa contenute). Nella vista è il cervello a decidere quale delle informazioni catturate passivamente (e non elaborate) a livello retinico siano meritevoli di passare al livello superiore, quello della consapevolezza. Quindi una sovrapposizione sensoriale può pregiudicare la qualità percettiva.

I test condotti su più 150 volontari hanno mostrato che la loro capacità di percepire una forma ottagonale lampeggiante su uno schermo variava a seconda che il "flash visivo" fosse in sincrono o meno con il battito cardiaco; in altre parole se l'apparire dell'immagine era in sincrono con il battito, i soggetti avevano più difficoltà a percepire cosa avevano visto.
Un momento del test (credit: EPFL)
Per analizzare il fenomeno il test fu ripetuto durante la scansione dell'attività cerebrale mediata risonanza magnetica (MRI), dimostrando il coinvolgimento della corteccia insulare. Quando gli stimoli visivi non erano in sincronia con il battito cardiaco del soggetto, la corteccia insulare funzionava normalmente e il soggetto percepiva facilmente l'ottagono lampeggiante. Tuttavia non appena si cambiava fase sovrapponendo i due "stimoli", l'attività dell'insula diminuiva drasticamente ad  indicare che il soggetto era meno (o per nulla)) consapevole dell'input visivo.

Tornando alla correlazione tra diminuito filtraggio e ansia, la consapevolezza del proprio battito cardiaco è frequente nei soggetti con problemi neurologici e in particolare in chi soffre d'ansia. Nelle altre persone la consapevolezza del battito cardiaco si manifesta invece nei momenti di intensa emozione e/o di stress acuto (come la paura ad esempio) quando si ha una iperattivazione sensoriale.
Niente di più probabile allora che una perdita di funzionalità del "filtro" agisca come fattore aggravante o addirittura innescante di alcuni disturbi.

Fonte
- The Insula Mediates Access to Awareness of Visual Stimuli Presented Synchronously to the Heartbeat
Roy Salomon et al, Journal of Neuroscience (2016) 36(18)

- Your brain suppresses perception of heartbeat, for your own good Your brain suppresses perception of heartbeat, for your own good
EPFL / News




Le allucinazioni sono il risultato del tentativo del cervello di dare un senso a informazioni ambigue

Perché alcune persone sono più inclini di altre, al netto di patologie neurologiche, ad avere allucinazioni?
Secondo una nuova ricerca condotta dalle università di Cambridge e di Cardiff, le allucinazioni sarebbero il risultato del tentativo del nostro cervello di dare un senso al mondo ambiguo e complesso che ci circonda.

Date un'occhiata all'immagine in bianco e nero qui sotto e cercate di "comprenderla". 
Credit: Cambridge University

E' molto probabile che l'immagine vi sia apparsa come un abbozzo senza senso di macchie bianche e nere. Confrontatela ora con l'immagine originale e tornate poi ad osservare l'immagine in bianco e nero.
Nota. Cliccate sulla miniatura a lato o direttamente sul link --> http://www.cam.ac.uk/sites/www.cam.ac.uk/files/inner-images/press_colour_smal.jpg)
Miracolosamente l'immagine confusa di prima vi apparirà ora sensata con tutti i tasselli divenuti elementi cardine di una fotografia classica.

La capacità di dare un senso ad un input visivo "non immediatamente comprensibile" è, secondo i neuroscienziati inglesi, la chiave per capire perché alcune persone sono più inclini di altre alle allucinazioni.

Una delle esperienze più terribili associata ad alcune malattie mentali è la psicosi, di fatto una perdita di contatto con la realtà esterna. Terribile in quanto si traduce in una difficoltà di dare un senso al mondo, che di conseguenza apparirà minaccioso, invadente e confuso (non è un caso che nelle fasi iniziali del morbo di Alzheimer i soggetti spesso abbiano reazioni violente dettate dalla paura di un ambiente che improvvisamente appare ignoto). La psicosi è a volte accompagnata da sostanziali cambiamenti nella percezione sensoriale, come cioè le persone vedono, sentono, colgono immagini, suoni, odori e sapori di entità che, il più delle volte, non sono effettivamente presenti. In altre parole, allucinazioni
In alcune persone alle allucinazioni sensoriali si sovrappongono convincimenti profondi, che paiono "ovvi" a chi li vive ma del tutto irrazionali e impossibili da comprendere per tutti gli altri. L'insieme dei due fenomeni spiega perché in un passato appena dietro l'angolo, le persone che soffrivano di allucinazioni venissero relegate ai margini della società, rinchiusi in strutture apposite o, in alcune culture, usati come oracoli viventi capaci di accedere ad una realtà invisibile a tutti gli altri.

Nella ricerca inglese pubblicata poche settimane fa su PNAS, la rivista della American National Academy of Sciences, si è testata l'ipotesi che le allucinazioni fossero il risultato di una eccessiva tendenza del cervello ad interpretare il mondo che ci circonda facendo uso delle conoscenze precedenti.
Per dare un senso e interagire con l'ambiente fisico e sociale in cui siamo immersi, abbiamo bisogno di informazioni adeguate, come ad esempio, la dimensione o la posizione di un oggetto vicino. Se non abbiamo accesso diretto a tali informazioni siamo costretti a interpretare le informazioni disponibili con il rischio di ricavarne estrapolazioni ambigue o incomplete. Questa continua elaborazione viene facilitata combinando gli input sensoriali con le nostre aspettative di un dato ambiente (basate sul ricordo o sulla associazione con situazioni simili). Ad esempio, quando entriamo nel nostro salotto potremmo scorgere con la coda dell'occhio (o perché in penombra) la presenza di una forma nera in rapido movimento che verrà in automatico etichettata come "il nostro gatto che si muove", anche se l'input visivo era poco più di una sfocatura subito scomparsa dietro il divano. L'input sensoriale è stato qui minimo e l'esperienza "gatto" è il frutto quasi totale di una elaborazione per dare un senso a quanto scorto. Difficile che si verifichi se non abbiamo un gatto in casa mentre è molto probabile che si verifichi se lo abbiamo (o lo abbiamo avuto) anche se non è lui l'origine di tale percezione (ad esempio si trova in un altra stanza e la "visione" è solo il risultato di un gioco di luci e ombre.

In un certo senso è il cervello che crea ciò che noi "vediamo"; visione beninteso non in senso fisico ma esperienziale. L'attività elaborativa cerebrale riempie gli spazi vuoti, ignorando gli elementi discordanti e presentandoci così una immagine modificata del mondo, fatta per adattarsi alle nostre attese. Non si tratta di un difetto ma del modo più efficiente per creare un quadro coerente di un mondo altrimenti ambiguo data l'enormità di stimoli sensoriali che riceviamo in ogni istante. Sebbene questo rappresenti un vantaggio fondamentale per la nostra stessa sopravvivenza (sapere cogliere solo gli stimoli "utili" e non perdersi in una elaborazione che rallenterebbe troppo il tempo di risposta è la differenza stessa tra vivere o soccombere ad un predatore) il rovescio della medaglia è che questo nostro filtraggio ed adattamento ci pone in una condizione non troppo distante da quella tipica delle allucinazioni, cioè quella di percepire come reale il frutto di estrapolazioni inconsce.
E' importante a tale proposito ricordare come la percezione sensoriale "alterata" non è presente solo nelle persone con disturbi neurologici. Si tratta in verità di un fenomeno relativamente comune, sebbene in forma lieve; molti di noi hanno avuto una volta o l'altra l'impressione di avere sentito un campanello o di avere riconosciuto nella folla una persona che si crede di conoscere, etc etc. Quello che cambia, e che delimita i confini della psicosi, è la frequenza e la pervasività di tali "false" esperienze.

Nell'articolo i ricercatori hanno esaminato 18 individui affetti da psicosi insieme ad un controllo di 16 volontari sani. A tutti loro furono mostrate immagini ambigue simili a quella mostrata prima, valutando la loro capacità di "capirle"; ad esempio alcune di queste immagini contenevano una persona e lo scopo del test era accorgersi di tale presenza. Come avete potuto osservare voi stessi, la capacità di decifrarne il contenuto non è semplice almeno finché il cervello non capisce cosa cercare.
I risultati del test nelle prime fasi diedero risultati sostanzialmente identici nei due gruppi. Nella seconda fase furono aggiunte anche immagini a colori, tra cui anche la versione "in chiaro" di alcune delle immagini prima viste in bianco e nero.
Scopo del test era dimostrare che se le allucinazioni originavano da una maggiore tendenza a sovrapporre la previsione di quello che si vede a quanto si percepisce, allora le persone predisposte alle allucinazioni sarebbero state più brave ad utilizzare le informazioni delle immagini a colori per estrapolare il contenuto criptico delle immagini in bianco e nero.
Ipotesi dimostratasi vera: le persone con sintomi psicotici ancora nelle prime fasi mostravano performance predittive del contenuto dell'immagine migliori rispetto a quelle dei soggetti normali, il che suggerisce che le prime basavano la loro interpretazione di input "ambigui" su una iper-elaborazione.

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Il test venne ripetuto su un campione più ampio, 40 persone sane, con il risultato di un continuum di risultati che ben si correlavano con l'indice di rischio alla psicosi di ciascun partecipante. In altre parole, il cambiamento del processamento dell'informazione che favorisce la conoscenza "a priori" rispetto a quella mediata dall'input sensoriale durante la percezione è uno strumento operativo che anticipa la comparsa dei primi sintomi psicotici, elemento chiave per finalità diagnostiche. Sintomi che non sono la manifestazione di un cervello "rotto" ma piuttosto di un cervello che ha accentuato la tendenza naturale di dare un senso a dati in ingresso spesso ambigui e che le persone "normali" filtrano, ottimizzando così la comprensione del mondo.
Non è un caso che l'arte, intesa come rappresentazione del mondo, dia risultati straordinari (appunto perché fuori dall'ordinario) in artisti neurologicamente borderline o, nemmeno troppo raramente, chiaramente psicotici.

Sulla correlazione tra intelligenza e "artisticità" e malattie mentali vedi i precedenti articoli (--> "Intelligenza" e "Arte"). Altri articoli che potrebbero interessarvi --> "Déjà-vu" e "Esperienze al rallentatore", "La chimica dei rave-party e gli antidepressivi"


Fonte
- Shift towards prior knowledge confers a perceptual advantage in early psychosis and psychosis-prone healthy individuals
Teufel, C et al.  PNAS; 12 Oct 2015
- How hallucinations emerge from trying to make sense of an ambiguous world.


I gemelli vivono più a lungo grazie ad una maggiore capacità di condividere

I gemelli sono il campione ideale di studio quando il fine è caratterizzare il peso della componente genetica rispetto a quella ambientale nella predisposizione a malattie o in generale al comportamento (in tutte le sue sfaccettature, non solo e non necessariamente di tipo patologico).
Tra le peculiarità osservate (anche se finora su base aneddotica) vi è il fatto  che i gemelli "veri" (intesi come gemelli monozigoti) abbiano una vita media più lunga sia rispetto ai controlli "singoli" che ai gemelli dizigoti, al netto ovviamente dei casi in cui di soggetti con genetica predisponente a qualche malattia. 
A fare luce su questa ipotesi arriva ora uno studio condotto dall'università di Washington che dopo avere valutato la fondatezza statistica di questa ipotesi ne ha ricercato una possibile spiegazione identificandola nel legame "speciale" che unisce i gemelli per tutta la vita. In pratica sarebbe la loro naturale condivisione esperienziale ed emotiva a fornire la marcia in più per ridurre lo "stress esistenziale" (e quindi lo stress tout court).

 Lo studio, pubblicato sulla rivista PLoS ONE, è partito misurando attraverso una analisi retrospettiva l'aspettativa di vita dei gemelli rispetto a quelli di controlli vissuti nella stessa area in modo da minimizzare la componente genetica e ambientale. I dati sono stati ricavati da un database danese (--> The Danish Twin Registry) il più antico e meglio fornito registro sui gemelli a livello mondiale.
 I risultati hanno mostrato che in effetti i gemelli (qualunque fosse il sesso della  coppia) avevano tassi di mortalità più bassi qualunque fosse l'età anagrafica di riferimento (per capirci valori misurati rispetto ai controlli di pari età); non tassi straordinariamente inferiori ma statisticamente significativi.

L'analisi ha preso in esame 2932 coppie di gemelli monozigoti nati in Danimarca tra il 1870 e il 1900, e sopravvissuti oltre i 10 anni (ricordiamoci che i tassi di mortalità infantile nell'Europa di fine '800 erano molto elevati); si sono quindi incrociati i dati sul loro decesso con quelli della popolazione danese (geneticamente omogenea) pesati per età.
Nel caso dei gemelli di sesso maschile si è osservato che il vantaggio massimo in termini di minor tasso di mortalità si aveva intorno ai 40 anni ed era pari a circa il 6 per cento; in altre parole se per 100 ragazzi danesi di partenza quelli ancora vivi a 45 anni era 84, questo numero diventava 90 nel caso dei gemelli. Per le donne il vantaggio massimo lo si aveva poco dopo i 60 anni con un incremento relativo di 10 punti percentuali.

Nella discussione dell'articolo gli autori avanzano l'ipotesi che il vantaggio di sopravvivenza sia una diretta conseguenza di un maggiore sostegno reciproco che si protrae per tutta la vita (e che infatti viene meno nei casi di gemelli separati prima della maturità). 
L'idea che la rete di sicurezza sociale fornita da rapporti stabili fornisca anche vantaggi psicologici e di salute sul lungo periodo non è nuova in quanto già proposta per le coppie sposate (e stabili) da almeno un decennio. Il problema di tale ipotesi è che era difficile capire se fosse veramente il matrimonio a stabilizzare le persone (riducendo i fattori di stress sociale) oppure se non fosse vero il contrario, cioè che le persone sane hanno maggiore probabilità di sposarsi (e di godere dei  benefici di una rete sociale allargata) rispetto a persone meno "appetibili" o meno "stabili" per il matrimonio.
Lo studio sui gemelli permette di superare questo ostacolo teorico per il semplice motivo che le persone non possono scegliere se avere o meno un gemello. 
Il maggior peso protettivo riscontrato nei gemelli maschi fa pensare che la mutua vigilanza e supporto tra i due fratelli funzioni come minimizzatore dei fattori di rischio (alias maggiore "tendenza a cacciarsi nei guai" tipica nei maschi sotto i 30 anni).

Il fatto che i dati confermino l'esistenza di un vantaggio di sopravvivenza dimostra che le relazioni sociali sono benefiche nel minimizzare i rischi della salute
Un risultato che va oltre la casistica sui gemelli.

Fonte
University of Washington, news
- A Twin Protection Effect? Explaining Twin Survival Advantages with a Two-Process Mortality Model
David J. Sharrow & James J. Anderson, (2016) PLoS One, 11(5)



Déjà-vu. Sono le emozioni e non i falsi ricordi la causa del fenomeno

Déjà-vu. Le emozioni, non i ricordi, spiegano un fenomeno, da sempre misteriosamente affascinante

Tutti noi abbiamo sperimentato almeno una volta il déjà-vu e la sensazione quasi metafisica che comporta. Beh, forse non è capitato proprio a tutti (si stima che almeno l'80 % delle persone l'abbia vissuto almeno una volta) ma di sicuro la quasi totalità delle persone conosce il fenomeno.
Peccato che all'aneddotica diffusa non corrisponda una uguale conoscenza scientifica dei meccanismi cerebrali causanti l'alterazione dei ricordi (paramnesia) che ci fa credere di avere già vissuto l'esperienza che stiamo vivendo in quel momento.
Una sensazione quasi metafisica ho scritto perché ci fa pensare ad una circolarità di esperienze molto simile alla preveggenza e che nel passato ha influenzato non poco gli scritti di filosofi e religiosi.
Nota. Il termine  déjà-vu compare per la prima volta nel saggio L’Avenir des sciences psychiques scritto nel 1917 da Émile Boirac. Per un eccellente compendio sul tema consiglio il libro "Piramidi di Tempo" (di Remo Bodei, edizioni Il Mulino).
Se le elucubrazioni filosofiche sulla origine del déjà-vù non sono mai mancate, le ipotesi scientifiche hanno dovuto rimanere tali, cioè mere ipotesi, fino a pochissimo tempo fa stante l'oggettiva difficoltà di analizzare il fenomeno e di riprodurlo sperimentalmente. Difficoltà sia di tipo tecnico (monitorare l'attività cerebrale in modo non invasivo e preciso) che empirico (il fenomeno dura al massimo pochi minuti e non è inducibile "a comando" come invece può avvenire con l'epilessia o l'emicrania, di cui sono noti gli elementi facilitatori).

L'ipotesi più accreditata finora vedeva il déjà-vù come una alterazione mnemonica causata da un “falso riconoscimento di familiarità” in una situazione di fatto nuova. L'errata percezione fungerebbe così da innesco per l'attivazione dei circuiti mnemonico-emozionali legati ad una esperienza passata: il risultato è la convinzione di avere già vissuto quella data esperienza.

A ridefinire il campo ci ha pensato qualche mese fa uno studio italiano, pubblicato sulla rivista Cortex da Angelo Labate dell'Istituto di bioimmagini e fisiologia molecolare (Ibfm) del CNR, in cui si afferma che non si tratta in realtà della creazioni di ricordi fasulli, o almeno non nelle persone sane.

Per spiegare questo concetto Labate distingue due forme di déjà-vu, quello estemporaneo tipico delle persone sane e quello più frequente presente nei soggetti che soffrono di epilessia del lobo temporale.
Se nei secondi il fenomeno può essere inteso come la creazione di un falso ricordo, nei soggetti sani il déjà-vu deriva da un inganno emotivo.
Le aree cerebrali coinvolte sono in effetti completamente diverse. Negli epilettici l'epicentro del fenomeno è l'area temporale mentre nei soggetti sani i circuiti coinvolti sono quelli sensoriali che afferiscono all'ippocampo e all'insula, le aree dove memoria, sensi e aree emotive si incontrano.

L'ipotesi di Labate nasce da una analisi "indiretta" dato che non è possibile misurare il déjà-vu nel momento in cui avviene. Sintetizzando al massimo lo studio, 63 soggetti con storia di epilessia (metà dei quali aveva sperimentato in più occasioni il fenomeno del déjà-vu) e 39 controlli sani (anche qui metà di loro ricordava esperienze di deja vù) sono stati analizzati mediante elettroencefalogramma e risonanza magnetica funzionale e morfologica.
Lo studio è di fatto la continuazione di una analisi fatta da altri ricercatori nel 2012 (pubblicato sempre su Cortex), in cui l'origine del déjà-vu venne "posizionato" in un'area posta tra talamo e corteccia temporale. La lettura dell'articolo accese una "lampadina" in Labate che vide in questi dati una strana correlazione con le alterazioni tipiche dell’epilessia del lobo temporale, il suo campo di studio. Si chiese allora se i soggetti sani analizzati nel 2012 fossero in realtà degli "epilettici asintomatici". Una idea dimostratasi a posteriori corretta.
La conclusione dello studio è che quanto avviene nei soggetti sani è verosimilmente un inganno percettivo e non un errore di memoria; in altre parole sarebbe l'emozione associata al fenomeno che si sta vivendo in quel momento ad attivare una correlazione con eventi passati in grado di attivare uguali emozioni.
Nulla di strano se si pensa che il 90% delle informazioni che registriamo ogni giorno rimangono latenti nel subconscio, e ci ricordiamo di esse solo se richiamate indirettamente.
Se è l'emozione il punto di contatto tra esperienze diverse e se esso può funzionare da innesco in grado di richiamare una memoria "nascosta" sovrapponendola all'evento in tempo reale, si comprende allora per quale motivo il déjà-vu sia così frequente anche nelle persone sane.

Negli epilettici il discorso è diverso.
Si tratta veramente di una falsa memoria che appare reale in quanto l’area coinvolta comprende corteccia visiva e ippocampo, le aree cerebrali responsabili del riconoscimento visivo e della memorizzazione a lungo termine, rispettivamente.

Siamo ancora all'inizio della comprensione del fenomeno ma il quadro comincia ad essere più chiaro.
(Articolo successivo sul tema --> "La natura delle allucinazioni"

 Potrebbe interessarti in questo blog l'articolo --> "Esperienze al rallentatore"

Fonte
- Neuro-anatomical differences among epileptic and non-epileptic déjà-vu
A. Labate et al (2014) Cortex


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