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200 neuroni sono sufficienti per identificare un volto

Amici, familiari, colleghi, conoscenti, ... innumerevoli combinazioni di tratti somatici che definiscono un volto e che devono essere elaborati dal cervello affinché avvenga il processo di riconoscimento. Una elaborazione quasi istantanea presente anche negli infanti (almeno dal momento in cui gli occhi imparano a mettere a fuoco) che non può non sorprendere per la sua efficienza tanto più che funziona anche in assenza di ovvie (inteso come appariscenti) alterazioni del visus rispetto allo "standard".

Credit: Tsao lab
Come faccia il cervello a ricostruire l'informazione giuntagli come dato grezzo dalla retina (completo come "flusso" ma privo di una informazione intrinseca), rappresenta uno degli aspetti più affascinanti delle neuroscienze (vedi articoli precedenti --> "Identificata area del cervello che riconosce i bordi" e "13 msec per catturare un immagine").
Un importante tassello alle nostre conoscenze viene dal lavoro del team di Doris Tsao della UCLA, pubblicato sulla rivista Cell. Volendo condensare i risultati in una frase, si tratta della caratterizzazione di quanto pochi siano i neuroni coinvolti nel processo di riconoscimento facciale; un numero tuttavia sufficiente affinché, grazie alle molteplici combinazioni tra attivazioni differenziali degli stessi, l'infinita gamma di volti "riconoscibili" risulti coperta.
I risultati ci permettono di prefigurare un futuro prossimo in cui sarà possibile ricostruire in esterni il volto percepito da un qualunque soggetto, semplicemente mediante una scansione cerebrale (vedi anche --> "Lettura del pensiero mediante scansione cerebrale").

Andiamo per gradi.
Elemento centrale del lavoro è che, anche se esiste un numero infinito di volti potenziali, il nostro cervello necessita solo di circa 200 neuroni per codificare l'informazione che definisce in modo univoco un volto. Chiaramente non avrebbe senso ipotizzare che questi neuroni riconoscano "una tipologia di volti"; molto più sensato ipotizzare che ciascuno di essi contribuisca al processo decodificando una dimensione specifica o asse di variabilità del viso. Per fare una similitudine con la visualizzazione delle gamma dei colori, così come la luce rossa, blu e verde (e i rispettivi fotorecettori) si combinano per creare ogni possibile colore dello spettro, questi 200 neuroni sommano le rispettive informazioni definendo uno spettro di volti.
Alcuni di questi neuroni rilevano (da intendere con "si attivano in presenza di quel tratto") tratti come la morfologia del viso, ad esempio la distanza tra gli occhi, la forma della linea dei capelli o la larghezza del viso. Altri identificano caratteristiche del volto indipendenti dalla forma, come la carnagione, la muscolatura/tonicità del viso o il colore degli occhi e dei capelli.
La risposta dei neuroni è proporzionale alla "intensità" di queste caratteristiche. Per esempio, un neurone potrebbe attivarsi in modo proporzionale alla distanza interoculare, definendo così una gamma di segnali indicativi di un tratto del viso.
Bisogna però sottolineare come i singoli neuroni di questa popolazione (noti come "face cells") non identificano caratteristiche specifiche facilmente visualizzabili (ad esempio "gobba sul naso") quanto invece una più astratta direzione nella zona del viso che unisce diverse caratteristiche elementari. La somma di queste informazioni permette al cervello di percepire il volto, passaggio preliminare per associazioni superiori come il chi è (legato alla memoria) e cosa suscita in noi quel volto (mediato da corteccia premotoria ventrale, amigdala e dall’insula).
Questo il motivo per cui volti solo vagamente familiari (appartenenti a soggetti sconosciuti) possono indurre in noi, in modo imprevedibile e non conscio, emozioni di vario tipo; si tratta di un "errore" di identificazione, sufficiente però a cortocircuitare associazioni emotive.

Il lavoro di Doris Tsao rappresenta il culmine di quasi vent'anni di studi sul "codice" del riconoscimento dei volti. Passaggio fondamentale in questa ricerca fu nel 2003 la scoperta che alcune regioni del cervello delle scimmie si attivavano in modo specifico durante l'osservazione di un volto (--> Tsao DY et al). Tali regioni furono chiamate face patches e i neuroni al loro interno face cells (cellule del viso). Negli anni successivi si scoprì che ciascuna cellula di questa regione rispondeva a particolari caratteristiche del viso. Sebbene interessanti, i risultati erano però insoddisfacenti in quanto fornivano solo un'ombra di quello che ciascuna cellula stava veramente "catturando".  Ad esempio variando la forma degli occhi in un volto disegnato si potrebbe facilmente osservare quali cellule rispondono a tale modifica; la spiegazione potrebbe però troppo generica in quanto tali cellule potrebbero in realtà rispondere a tratti sottesi alla nuova forma e/o attivarsi anche in seguito ad altre modifiche del visus, apparentemente non correlate.
Un problema risolto con l'elaborazione dei volti generati al computer che permette di controllare nel dettaglio gli "input" e le risposte neuronali.


La comprensione dei meccanismi di decodifica è avvenuta attraverso due passaggi chiave. In primo luogo una volta compreso sperimentalmente quale fosse l'asse rilevato da ciascuna cellula, divenne possibile sviluppare un algoritmo in grado di prevedere quali volti fossero capaci di attivare quella particolare cellula. In altre parole divenne possibile dedurre dalla semplice misurazione della attività elettrica nelle face cells di una scimmia, quale fosse il volto (tra i tanti del campionario) che lei stava osservando in quel momento.
La prova che il codice di interpretazione della Tsao è sperimentalmente corretto. La figura mostra gli otto diversi volti (reali) mostrati ad una scimmia e a fianco l'immagine ricostruita dall'analisi dell'attività elettrica dei 205 neuroni (face cells) mentre la scimmia guardava il monitor (courtesy: Doris Tsao)

Il secondo passaggio fu la formulazione dell'ipotesi che se ogni cellula era effettivamente responsabile della "rilevazione" su un singolo asse dell'area del viso, questa cellula doveva essere capace di rispondere esattamente allo stesso modo ad un numero infinito di volti diversi ma con in comune un pattern assiale compatibile. Una ipotesi confermata sperimentalmente dalla Tsao.
Figura riassuntiva dell'approccio usato da Doris Tsao (®Cell / Doris Tsao)


I risultati smantellano le teorie secondo le quali il ruolo delle face cells è quello di decodificare le identità facciali. Il loro lavoro è molto più semplice e proprio per questo in grado di coprire una gamma pressoché infinita di volti. Potremmo definirle "semplici" macchine in grado di rilevare proiezioni lineari; ogni cellula cattura una parte dell'immagine in arrivo e ne definisce la parte unidimensionale. E' l'integrazione di queste attivazioni unidimensionali a fornire l'informazione per "ricostruire" un volto.


Fonte
- The Code for Facial Identity in the Primate Brain
Chang L & Tsao DY  Cell ( 2017); 169(6) pp1013-1028




Il ruolo dell'olfatto nell'aumento del peso

Un detto comune riguardo al cibo è "se ne gode prima con gli occhi e poi con la bocca". 
Niente da obbiettare ma non bisogna commettere l'errore di minimizzare il ruolo dell'olfatto che anzi è dominante sul senso del gusto. Senza bisogno di addentrarci troppo nella fisiologia neuro-olfattiva, la riprova è che da raffreddati perdiamo la capacità di sentire il sapore del cibo e con esso la voglia di mangiare.

Limitare l'appagamento olfattivo legato al cibo potrebbe quindi facilitare la lotta quotidiana delle persone obese nel mangiare meno. Una idea questa confermata dai risultati di un lavoro pubblicato sulla rivista Cell Metabolism da un team della università di Berkeley; i ricercatori hanno dimostrato infatti che non solo  l'olfatto è un driver importante nella dipendenza da cibo ma che la sua azione "ingrassante" è indipendente dalla quantità di cibo effettivamente ingerito.
In altre parole si può ingrassare quasi solo con il profumo del cibo (purché si mangi ... ovviamente).

Lo studio è stato condotto su topi geneticamente obesi, resi temporaneamente privi di neuroni olfattivi funzionanti per testare l'eventuale correlazione tra "facilità ad ingrassare" e piacere olfattivo del cibo. L'ipotesi di lavoro era che una carenza delle capacità olfattive avrebbe ridotto il consumo di cibo facilitando una fisiologica perdita di peso; il topo avrebbe cioè mangiato perché affamato e non per il piacere del cibo.
Il collegamento tra capacità olfattive e peso corporeo è noto da tempo anche negli esseri umani come ben evidenziato dalla comparsa di stati di quasi anoressia in seguito alla perdita dell'olfatto legata all'età, a lesioni cerebrali o a malattie come il Parkinson. I dati non erano tuttavia facilmente classificabili in quanto se è vero che la perdita dell'olfatto diminuisce il piacere di mangiare, è anche vero che questa assenza di piacere può portare alla depressione che di suo si associa ad una perdita di appetito (cosa ben diversa dal mangiare meno perché il cibo appare insapore).
I dati emersi da questi esperimenti hanno evidenziato qualcosa di più e di inatteso rispetto alle previsioni. Se infatti è vero che i topi obesi anosmici dimagrivano fino a raggiungere un peso forma, il dimagrimento non era però legato ad una minore quantità di cibo ingerito rispetto ai controlli. La "prova del nove" viene da un terzo ceppo di topi, geneticamente obesi e iperosmici (alta capacità di percepire gli odori), che ingrassavano del doppio rispetto ai topi obesi normo-olfattivi (sempre a parità di cibo assunto).
I topi obesi hanno una aspettativa di vita molto inferiore rispetto ai topi normali a causa delle complicanze legate all'obesità. Molto importante quindi il dato che la riduzione di peso riscontrata nei topi con deficit olfattivi si è correlata ad un aumento nella durata della vita media, divenuta simile a quella dei topi normali.
Topi geneticamente obesi. Sopra con sistema olfattivo funzionante, sotto dopo spegnimento temporaneo dei neuroni olfattivi (credit: UCB / Celine E. Riera et al,)

La conclusione più ovvia è che l'odore di ciò che mangiamo agisce in qualche modo come fattore di riprogrammazione metabolico, in aggiunta all'effetto comportamentale (mangiamo meno ciò che ci appare "scialbo"). Una riprogrammazione che potrebbe avvenire a diversi livelli come una modifica dell'efficienza di assimilazione intestinale o della decisione centrale di metabolizzare le molecole assorbite (lipidi e zuccheri) attraverso cicli futili, producendo così calore invece di immagazzinare le eccedenze sotto forma di riserve (adipe e glicogeno, rispettivamente).
Niente di strano nel processo di riprogrammazione in quanto è noto il legame a doppia via tra sistema nervoso centrale e metabolismo. Un legame in cui l'ipotalamo gioca un ruolo chiave.
Chiaramente ci sono molte differenze tra topi ed essere umani non fosse altro per la forte dipendenza dei primi dall'olfatto, per loro un vero e proprio strumento di analisi dell'ambiente che in noi sapiens è ampiamente sottoutilizzato (--> QUI). In comune hanno tuttavia l'essere più sensibili agli odori quando affamati.  Durante la fase di ricerca del cibo, il corpo utilizza e mette "sotto chiave" nelle riserve quello che ha a disposizione. Una volta trovato il cibo ed esaurite le richieste energetiche, comprese quelle dello stoccaggio, l'olfatto perde di dominanza e l'interruttore metabolico si sposta su "brucia il cibo".
Forse è proprio per questo che la mancanza di odori viene interpretata dal cervello come una indicazione di "ho già mangiato", interpretazione che viene superata solo quando la richiesta "energetica" del corpo torna ad essere dominante.

L'interruttore "brucia le calorie" è mediato dall'attivazione del sistema nervoso simpatico, il cui segnale indirizza la tipologia di adipociti che si formano. Senza addentrarci troppo in tematiche fisiologiche (ho scritto degli adipociti --> QUI) lo spegnimento dell'olfatto si associa alla conversione degli adipociti beige (sottocutanei, aventi ruolo di accumulo riserve) in adipociti bruni (quando attivati metabolizzano gli acidi grassi in cicli futili rilasciando calore) con una concomitante riduzione del tessuto adiposo bianco (WAT).
La riduzione del WAT è molto importante in quanto l'accumulo di tale tessuto, noto anche come grasso viscerale essendo distribuito intorno agli organi, rappresenta il principale fattore di rischio nelle persone sovrappeso (non necessariamente obese); per dirla semplicemente la pancetta è molto più pericolosa rispetto alla presenza di adipe generalizzato o a quella su cosce e glutei.
I topi anosmici si sono quindi trasformati da obesi a topi in piena forma, agili e magri. Il cambiamento non è solo estetico; prima della defunzionalizzazione olfattiva i topi presentavano caratteristiche metaboliche di tipo pre-diabetico (prodromico del diabete vero e proprio), che scompare con la perdita dell'olfatto, pur continuando ad assumere una dieta ad alto contenuto di grassi.
L'aspetto negativo di questa transizione è l'aumento dei livelli di noradrenalina, causato dall'attivazione prolungata del sistema nervoso simpatico, che provoca uno stato di stress fisiologico. Nell'uomo, un aumento cronico di questo ormone si correla ad un aumentato rischio di attacco cardiaco.
L'utilizzo di una terapia mirata a desensibilizzare temporaneamente il sistema olfattivo nei pazienti obesi potrebbe (una volta eliminato il cortocircuito che innesca la produzione di noradrenalina) rappresentare nel futuro una valida alternativa agli interventi di chirurgia bariatrica, come ad esempio la pinzatura dello stomaco,


Fonte
- The Sense of Smell Impacts Metabolic Health and Obesity
 Celine E. Riera et al, (2017) Cell Metabolism, 26(1)pp198–211


Il Sole al solstizio visto dal telescopio SOHO

Sono passate solo poche settimane dal momento in cui noi, abitanti del dell'emisfero nord della Terra, siamo "passati" nel solstizio d'estate, il giorno dell'anno con più ore di luce. Ricordo che il solstizio si ha quando l'inclinazione nord dell'asse terrestre è al suo massimo verso il Sole, che in quel giorno cade a perpendicolo sul Tropico del Cancro.

E' di quel giorno la bella immagine ottenuta da SOHO, l'osservatorio solare dell'Ente Spaziale Europeo (ESA) in orbita costante lungo il punto lagrangiano L1. E' dal 1995 che SOHO osserva incessantemente il Sole, fornendo dati sulla sua attività sia a livello della "superficie" (vale a dire la zona visibile, cioè quella da cui emergono i fotoni) che delle propaggini dei suoi getti di gas. Le immagini sotto mostrate sono chiaramente in falsi colori e sono il risultato dell'osservazione della radiazione ultravioletta a diverse lunghezze d'onda (corrispondente a diverse temperature), compiuta proprio la mattina del 21 giugno.
Clicca QUI per l'immagine in HD (Credit: ESA)
Da sinistra a destra, l'osservazione cattura diversi intervalli di temperature, correlati alla radiazione in esame. I punti più brillanti corrispondono, rispettivamente, a temperature  di 70 mila, 1 milione, 1,5 milioni e 2 milioni di gradi centigradi. Maggiore è la temperatura, più in alto si sta guardando nell'atmosfera solare.

***

A scopo puramente riassuntivo, alcune informazioni sulla struttura del  Sole.

La parte esterna del Sole rappresenta solo lo 0,5% del raggio ma è quella più interessante per i moti dinamici ed è, tra l'altro, l'unica osservabile direttamente. E' costituita da:
  • Fotosfera - Potremmo quasi definirla la superficie nel senso che è la parte più profonda del Sole che possiamo osservare. Spessa circa 400 km, ha una temperatura compresa tra i 6200 °C all'interno fino a 3700 gradi °C. Caratteristica principale della fotosfera è la presenza delle celle di convezione (dette granuli), una sorta di tempeste locali del diametro di 100 km, risultato della risalita del gas più caldo dall'interno.
  • Cromosfera - Lo strato sopra la fotosfera, con spessore di circa 2000 km e una temperatura che passa dai 3700 °C sul fondo fino ai 7700 °C esterni. A differenza della fotosfera e delle parti interne, qui la temperatura aumenta spostandosi verso l'esterno. Visibile durante le eclissi o oscurando con filtri adeguati la fotosfera.
  • Regione di transizione - Uno strato (circa 100 km) posto tra la cromosfera e la corona dove la temperatura sale bruscamente fino a circa 500 mila °C. Possiamo considerarla come una sorta di punto di passaggio tra regioni a dominanza gravitazionale dove i flussi sono "orizzontali" e zone a dinamica "verticale"
  • Corona - Lo strato più esterno del Sole, inizia ad una distanza di circa 2100 km sopra dalla superficie solare (la fotosfera). La temperatura va da un minimo di 500 mila fino a pochi milioni di °C il che rende i gas un plasma. Non ha un limite superiore potendo allungare le sue "propaggini" fino a milioni di km di distanza.

Droni più veloci e agili grazie ad un algoritmo

Negli ultimi anni la mania dei droni per uso ricreativo è esplosa, complice la disponibilità di tecnologie anche nel comparto low cost. Dai semplici giocattolini per uso interno ai droni capaci di riprese video a 4k, usati in esterni sia a scopi ludici che di mappaggio del territorio, possiamo ragionevolmente dire che ci sono prodotti per tutti i gusti e per tutte le tasche.
Credit: Jose-Luis Olivares/MIT
Un successo che ha spinto le autorità (in Italia sotto la direttiva della ENAC) a promulgare una serie di regole sul "come" e "dove" utilizzarli (o meglio dove è legale farlo), con in più l'obbligo di conseguire un patentino per i modelli più pesanti e potenti.
In ambito scientifico i droni hanno goduto da subito di ampio successo, divenendo (specialmente i modelli miniaturizzati) ottimi strumenti sia per il monitoraggio dell'ambiente che come banco di prova per nuove tecnologie di guida autonoma, potenzialmente utilizzabili in futuro sui velivoli standard (ad esempio --> "Sistemi di atterraggio automatico grazie allo studio delle api")

Ad oggi i droni a guida autonoma hanno un limite nella velocità del volo, ma non per ragioni ingegneristiche; è la capacità di "vedere l'ambiente" e attuare correzioni di rotta, dove necessario, il vero fattore limitante. Un problema poco sentito nel volo in spazi aperti e privi di ostacoli, ma centrale quando la complessità dell'ambiente inizia ad aumentare. Un problema che in natura non sembra sussistere come abbiamo visto nell'articolo --> "api e robo-api". 
In questi frangenti dove l'input di informazioni ambientali supera una certa soglia critica, si palesa l'insufficiente capacità di elaborazione delle immagini riprese dalle telecamere (o meglio dai sensori). Non parliamo di velocità supersoniche. Già sopra i 50 km/h un mini-drone in volo in un ambiente di minima complessità avrebbe la quasi matematica certezza di andare a sbattere sul primo ostacolo a causa del ritardo nella "decisione" correttiva. La causa? Il flusso di dati in entrata supera la capacità analitica.
Imparare ad evitare gli ostacoli (umani o fisici che siano) è un obbligo nel momento stesso in cui i droni entreranno nella quotidianità (video by insightness.com)

I ricercatori dell'università di Zurigo hanno cercato di risolvere il problema mediante il DVS (sensore di visione dinamica) progettato per visualizzare l'ambiente in modo quasi continuo (ad intervalli di microsecondi), cogliendo variazioni di luminosità "punto per punto".
Un approccio che ricalca quanto scritto in precedenza sulla capacità delle api di volare senza indugi tra il fitto fogliame della giungla (--> QUI). 
Il problema non risolto era la "ricchezza" delle informazioni catturate che rendeva improbo (quindi non efficace) il lavoro dei processori. In altre parole a certe velocità di crociera il mini-drone non fa in tempo a capire se la variazione di luminosità percepita è rumore di fondo oppure un ostacolo.

Risolutivo è stato il lavoro di alcuni ingegneri del MIT che hanno sviluppato un algoritmo che permette al sistema di filtrare le informazioni catturate dal DVS, focalizzandosi solo quelle che evidenziano un differenziale di luminosità.

Il sistema DVS è di tipo "neuromorfico", modellato cioè sul sistema di visione degli animali in cui le cellule fotosensibili nella retina sono attivate, in tempo reale, dai cambiamenti di luminosità. I sensori neuromorfi sono progettati come circuiti disposti in parallelo, analogamente alle cellule fotosensibili, che attivano e producono pixel blu o rosso (osservabile sullo schermo del computer) in risposta a una calo o ad un picco di luminosità.
Il sistema sviluppato dalla Inilabs


I droni dotati di DVS vedono, invece di un normale flusso video," una rappresentazione granulare di pixel che variano tra due colori a seconda della luminosità in quel punto e in un dato momento, microsecondo per microsecondo. Grazie a questo sistema il sensore è di fatto autonomo, senza bisogno di aspettare il post-processamento del flusso di immagini per indurre una risposta. Non a caso le api eseguono una correzione di rotta anche improvvisa senza bisogno di un processamento cerebrale ma grazie ad automatismi tra segnale retinico e risposta del movimento.

Tra i test condotti dai ricercatori per mettere alla prova il sistema in diversi frangenti, uno particolarmente curioso è quello del "portiere robotico" sfidato a bloccare una palla in arrivo ad una certa velocità. 

La chiave del successo del sistema è la possibilità di modificare i parametri del sistema di controllo impostando valori soglia nella variazione di luminosità che il sistema considera "utili" per il compito prefissato, trascurando ogni altro segnale "esterno" o "fuori intervallo". In questo modo il sistema non corre il rischio di essere sopraffatto da troppi eventi-segnale che porterebbero all'inevitabile "crash" contro un ostacolo

Fonte
-  Faster, more nimble drones on the horizon
MIT/news


Un satellite per studiare il cuore delle pulsar

Sono passati 50 anni dalla scoperta delle pulsar e ancora oggi c'è molto da capire su queste stelle di neutroni che emettono potenti fasci di radiazione elettromagnetica. 
Pulsar (credit: INAF)
Emissioni talmente potenti e prevedibili da equipararle a fari intergalattici il cui segnale si palesa a intervalli di tempo prevedibili: la pulsar scoperta nel 1967 aveva un periodo di 1,33 secondi, oggi sono note anche micropulsar con periodi compresi tra 10 e 30 millisecondi. 
La radiazione emessa lungo l'asse di rotazione è direttamente correlata alla sua velocità di rotazione che è a sua volta dipendente dalla massa. Poiché il segnale della pulsar è visibile unicamente da un osservatore (nel nostro caso la Terra) posto sulla traiettoria del raggio, ne deriva che tutte le pulsar che ruotano su assi "non compatibili" con noi saranno per noi invisibili se non come stelle di neutroni (grazie alla distorsione gravitazione prodotta su stelle vicine - come nei sistemi binari - o sulla luce che arriva da altre stelle sullo sfondo).

La domanda che sorge spontanea quando si parla di pulsar (o in genere delle stelle di neutroni) è come sia possibile che una massa maggiore di quella del Sole finisca racchiusa in una sfera del diametro di 15 km (una città media). 
Innanzitutto precisiamo che più che stella sarebbe meglio definirla come "il cadavere" di una stella essendo il residuo di una stella sufficientemente massiccia da avere generato una supernova ma troppo piccola perché si formi dopo l'esplosione un buco nero.

Una tale concentrazione di massa in un volume ridotto fa sì che la densità di una pulsar sia nell'ordine di 200 milioni di tonnellate per cm3. Valori difficili da immaginare per noi abituati a (e fatti da) materia standard; perfino la materia nel nucleo del Sole, pur sottoposta a pressione di miliardi di atmosfere, ha una densità di "solo" 150 g/cm3.
Dentro una stella di neutroni (credit: Nature)
A tale densità la materia acquisisce proprietà "esotiche" (anche detta materia degenere) in quanto possibili solo in condizioni di gravità eccezionale. In queste condizioni lo spazio atomico che definisce la materia standard passa da uno stato con "volumi" atomici ben definiti (10E-10 metri di raggio) ad uno in cui lo spazio intra-atomico è di fatto annullato con i neutroni dei nuclei originari ammassati uno "a fianco all'altro" a formare una sorta di brodo di quark.
Negli atomi è il "vuoto" a farla da padrone. Se visualizzassimo il nucleo dell'atomo più piccolo (l'idrogeno) come una pallone da calcio, il primo (e unico in questo caso) orbitale elettronico si troverebbe a 10 km di distanza! Nel caso delle stelle di neutroni questo spazio è perso insieme agli elettroni e protoni. Poiché al diminuire delle dimensioni e data una certa massa vale sempre la conservazione del momento angolare, ecco che al diminuire del rapporto dimensione/massa la stella comincia a ruotare sempre più velocemente e questo spiega il fenomeno delle pulsar.
Le stelle sono fatte principalmente di idrogeno, quindi un protone più un elettrone. Mano a mano che le reazioni di fusione nucleare procedono cominciano a comparire atomi di massa maggiore (contenenti, dal deuterio in poi, anche i neutroni). La supernova fornisce energia sufficiente a creare elementi più pesanti del ferro. La domanda ovvia è quindi "che fine hanno fatto i protoni e gli elettroni?". La risposta "veloce" è che si sono "fusi" originando neutroni (in condizioni normali i neutroni al di fuori del nucleo - alias solitari - decadrebbero in poco tempo formando elettroni e protoni ma nelle condizioni di pressione e gravità della stella di neutroni questo processo non avviene).
Per rispondere ad almeno qualcuno dei molti quesiti sottesi alla fisica delle pulsar il 1° giugno è entrato in funzione sulla stazione spaziale internazionale (ISS) uno strumento chiamato NICER (Neutron star Interior Composition Explorer). Di dimensioni paragonabili ad una lavatrice, NICER è capace di intercettare e analizzare i raggi X provenienti dai due poli della pulsar, in aggiunta alla "classica" capacità di misurare la curvatura della luce di stelle lontane che passa vicino alla pulsar. Il tutto grazie alla presenza al suo interno di 56 telescopi specializzati per la parte "rossa" della radiazione X e ad un sensore in grado di rilevare intervalli di segnale fino a 100 nanosecondi.
L'insieme dei dati ottenuti permetterà di calcolare dimensioni e massa della pulsar con un grado di precisione finora impossibile.

Visione simulata di NICER sulla ISS. Credit: NASA Goddard SVS via GIPHY


Se nel recente passato abbiamo già avuto esempi della potenza informativa che lo studio delle stelle di neutroni permette (vedi il sistema LIGO descritto in --> "Le onde gravitazionali, finalmente"), nel prossimo futuro potremo usare le pulsar come dei fari direzionali; il loro ritmico segnale le renderà simili a satelliti GPS ma in ambito spaziale. 
Come il sistema di posizionamento globale utilizza il battito degli orologi atomici posti sui satelliti per triangolare la posizione di un ricevitore, così la navigazione basata sulle pulsar sfrutterà i tempi di arrivo della luce da queste stelle.
I test inizieranno a breve usando 10 pulsar come modello; in futuro (e parliamo della missione Orion su Marte) le navette potranno "emanciparsi" dalla rotta calcolata dai telescopi sulla Terra seguendo le indicazioni di fari presenti in un'altra galassia.

 Fonti
- NICER 
- What are Pulars? (cosmo.com)
- Quora

Scoperto il fossile di un verme gigante. Estinto (o quasi) oggi.

Amazon
Chi ha amato il film Tremors, oggi un vero e proprio cult-movie, non potrà che provare un brivido lungo la schiena al pensiero del ritrovamento dei resti di un verme preistorico dotato di fauci e lungo fino a 3 metri.
Al contrario di quello cinematografico che prediligeva le zone desertiche del Nord America, questo bazzicava i fondali marini ed era con ogni probabilità un lontano parente del verme di Bobbit.
Curioso nome non è vero? Il nome dato a questo policheto è legato alle caratteristiche "a forbice" delle mascelle, da cui il rimando al caso Bobbit che occupò le pagine dei giornali qualche anno fa. Si tratta di invertebrati che vivono sui fondali sabbiosi da cui emerge solo la testa pronta a catturare l'incauto pesce di passaggio (vedi video sotto).
Video completo su --> Wired/Youtube
La scoperta è stata fatta da ricercatori della università di Lund durante l'analisi di alcune rocce sedimentarie vecchie 400 milioni di anni, conservate presso il  Royal Ontario Museum di Toronto. I risultati, pubblicati sulla rivista Scientific Reports, riportano l'aspetto dell'animale, chiamato Websteroprion armstrongi, ricostruito dai resti delle mascelle e di poco altro altro (la natura "molle" di questi invertebrati è "nemica" della conservazione fossile). Dalla comparazione delle dimensioni delle mascelle con quelle di alcuni vermi attuali si è dedotto che questa bestiolina dovesse avere una lunghezza di circa 3 metri; sebbene alcuni esemplari attuali possono raggiungere lunghezze simili, la loro dimensione non è paragonabile a quella che doveva avere il fossile.

credit: James Ormiston

L'aspetto più interessante della scoperta è che il gigantismo esisteva già 400 milioni di anni fa.
Il gigantismo è un fenomeno che compare in alcune fasi dell'evoluzione quando si ha una convergenza tra la disponibilità del cibo e il vantaggio competitivo legato alle dimensioni. Il gigantismo è incompatibile quindi con il vivere in aree geografiche ristrette (le isole) in quanto la  penuria di cibo che ne scaturirebbe favorirebbe nell'arco di poche generazioni la sopravvivenza dei soli individui "nani". Ricordatevene la prossima volta che vedrete un film in cui si parla di isole remote in cui sono sopravvissuti animali giganteschi. In questi luoghi remoti la flora e fauna hanno dimensioni ben più ridotte come descritto nel precedente articolo --> "Tepui. Le terre dimenticate dal tempo".
Al mutare delle condizioni ambientali quelli che un tempo erano vantaggi possono trasformarsi in svantaggi come ben evidenziato dalla riduzione delle dimensioni medie degli animali odierni rispetto, ad esempio, alla flora e fauna presenti nel passato.
I resti fossili della "mandibola" di Websteroprion armstrongi


Fonte
- Earth’s oldest ‘Bobbit worm’ – gigantism in a Devonian eunicidan polychaete
Mats E. Eriksson et al, Scientific Reports 7, Article number: 43061 (2017)


In memoria di Falcone e Borsellino

Sono passati 25 anni da quella tragica estate in cui persero la vita Giovanni Falcone e Paolo Borsellino, insieme ai ragazzi e ragazze delle rispettive scorte.
«Se la gioventù le negherà il consenso, anche l’onnipotente e misteriosa mafia svanirà come un incubo»
Paolo Borsellino (image: Morganti su filositerracina.gov.it)
Non eroi perché il termine eroi lo lascio ai personaggi dei fumetti o ai titoli dei media, inutili in quanto ipocriti o al più velleitari, scritti dalla comoda posizione di chi molto discute ma nulla rischia. Meglio definirli semplicemente come persone oneste spinte da un profondo senso del dovere e del loro ruolo (da loro scelto in quanto coincidente con i loro ideali) di magistrati, il cui fine è la tutela della legalità e dello Stato inteso come l'espressione di un popolo.
Persone che amavano l'Italia e la propria terra (la Sicilia) e hanno lottato per cambiarla rifuggendo il comodo vivere del "guardare altrove".
La loro opera non è stata inutile; chi lo nega o lo sottintende ricalca l'operato di quelli che all'epoca minimizzavano i loro sforzi spargendo fango e insinuazioni (non solo il famigerato "corvo" del tribunale). Chi lo reitera oggi non ricorda, o peggio ancora non vuole che altri sappiano, come era l'Italia prima dei maxi-processi, una Italia in cui "la mafia non esisteva".
"Che le cose siano così, non vuol dire che debbano andare così".
Giovanni Falcone (image: Morganti via files24_rainews)
Ricordo come fosse ieri il momento esatto in cui sentii la notizia della loro morte.
All'epoca ero un neolaureato che lavorava in Scandinavia perché contrario al vezzo italico di non pagare il lavoro del tirocinio post lauream (cosa inconcepibile lassù). La notizia della strage di Capaci arrivò mentre bevevo un pessimo caffè danese in sala riunioni. Fu per me come uno tsunami mentre  altri italiani lì presenti accolsero la notizia con una alzata di spalle passando a disquisire di sport. La morte di Borsellino seguì poche settimane dopo (25 anni fa, oggi) e sostituì la rabbia con la determinazione a portare avanti la loro filosofia e determinazione di opporsi ad una certa mentalità nella vita quotidiana e sul lavoro.

Prima e dopo di loro, molti altri hanno combattuto la mafia, alcuni pagando con la vita, altri con l'ostracismo e i muri di gomma.
La differenza nell'azione di Falcone e Borsellino è nell'entità del cambiamento tra il prima e il dopo.


Spermidina. L'integratore alimentare che protegge il cuore

Di fronte a tanti prodotti che millantano virtù a dir poco miracolose (ovviamente senza mai uno studio scientifico a supportare tali affermazioni) fortunatamente ve ne sono altri che si basano su principi attivi, riconosciuti come funzionanti tra gli addetti ai lavori. Il che non vuol sempre dire conoscerne nei dettagli il meccanismo di azione (spesso pleiotropico) ma che i dati raccolti sono sufficienti per validare l rapporto causa-effetto e per definirne la finestra terapeutica.
vino e cuore
Nota. Parlo di integratori e non di farmaci per i quali è invece obbligatorio il lungo e costosissimo iter clinico (vedi --> QUI) per ottenere l'approvazione. Al contrario, gli integratori e i prodotti erboristici sono soggetti ad una disciplina molto più lassa come ben evidenziano gli scaffali dei supermercati pieni di prodotti che promettono un aiuto generico contro malanni vari e invecchiamento,
Tra le molecole naturali più interessanti per le sue proprietà benefiche c'è il resveratrolo, un polifenolo presente nel vino, originato dalla buccia dell'uva. Se i nostri "cugini" francesi hanno dei tassi insolitamente bassi di patologie cardiache rispetto a quanto sarebbe lecito attendersi in base alla loro dieta, ricca di grassi saturi (il cosiddetto "paradosso francese"), la ragione è nel loro alto consumo pro-capite di vino.
Questo vuol dire che bere molto fa bene? Assolutamente no! E' solo indicativo del fatto che nel vino sono presenti ANCHE molecole con azione protettiva oltre a quella dannosa dell'alcol.
Un recente studio pubblicato sulla prestigiosa rivista Nature Medicine ci fornisce ora un'altra molecola che, almeno nei topi, ha mostrato interessanti proprietà protettive a livello cardiovascolare, utile anche per contrastare alcuni sintomi cardiaci comuni nell'invecchiamento.
Una tra le più frequenti disfunzioni che compare con l'età è l'ipertrofia cardiaca e a cascata il declino della funzione diastolica.
Nello studio si è scoperto che l'aggiunta della spermidina nella dieta non solo ha un impatto positivo sulla aspettativa di vita dei topi, ma è efficace anche nei test condotti sui topi anziani, contrastando l'ipertrofia e la funzione diastolica prima e generando effetti positivi sulla pressione poi (risultati confermati anche nei ratti).
spermidina

La spermidina appartiene alla classe delle poliammine e può agire a diversi livelli sul metabolismo cellulare. Ad esempio è in grado di inibire l'enzima ossido nitrico sintasi neuronale (nNOS). In linea generale produce effetti su processi chiave che coinvolgono gli ioni calcio, sodio e potassio, quindi ha una azione diretta sul mantenimento del potenziale di membrana. Un altro meccanismo in cui è coinvolta è la autofagia, uno dei processi con cui le cellule riciclano le proprie componenti danneggiate evitando un accumulo che provocherebbe disfunzioni nella funzionalità cellulare.
Tra gli alimenti in cui è presente in maggiori quantità vi è la soia essiccata, il formaggio cheddar, funghi, crusca di riso, fegato di pollo, piselli, ceci, mango e nei sempre presenti cavolfiori e broccoli.



 Fonte
- Cardioprotection and lifespan extension by the  natural polyamine spermidine.
Eisenberg, T.  et al (2016) Nat. Med. 22 , pp. 1428–1438

- Molecular basis of the 'anti-aging' effect of spermidine and other natural polyamines.
Minois N. (2014) Gerontology, 60(4):319-26

Il reovirus tra le cause della celiachia?

La celiachia è una malattia immunomediata per cui soggetti predisposti diventano sensibili alla gliadina, una proteina del glutine presente nel grano, frumento, segale e orzo. 
Le conseguenze sono evidenti a livello intestinale (il luogo in cui la proteina presente nel cibo viene intercettata dalle difese immunitarie) con la comparsa di  sintomi che includono diarrea cronica, dolore e gonfiore addominale oltre a ritardo nella crescita nei bambini (causato da una ridotta assimilazione di nutrienti).
Non confondiamo la celiachia con l'intolleranza al glutine
Come altre patologie immuni e autoimmuni (ad esempio il diabete di tipo 1) è molto probabile che oltre ad una genetica predisponente vi sia il concorso di agenti microbici che accendono la miccia che porterà dopo un tempo variabile alla patologia. L'infezione, anche se benigna o asintomatica, è infatti sufficiente ad richiamare sul posto le cellule del sistema immunitario, programmate per usare tutto l'armamentario a loro disposizione prima per contenere "l'intruso" e infine per istruire i linfociti a riconoscere e distruggere quello specifico patogeno (mediante anticorpi o un attacco di tipo citotossico).
Il problema sorge quando "la foto segnaletica" dell'intruso (alias gli antigeni) presenta somiglianze con "dettagli" normalmente presenti nell'ospite stesso o, nel caso di allergie alimentari, con molecole presenti nel cibo. Lo "scambio di persona" induce una risposta immunitaria "gratuita" in quanto diretta verso il bersaglio sbagliato anche quando dell'intruso originale non c'è più traccia da tempo.
Nota. Il sistema immunitario è "addestrato" attraverso un durissimo processo di selezione a non attaccare le proprie cellule (self) o i microbi "amici" presenti nell'intestino. Nel primo caso questo avviene grazie ad un doppio processo selettivo (selezione positiva e negativa) che elimina già prima della nascita ogni linfocita dotato di autoreattività; nel secondo caso il processo è noto come tolleranza immunitaria e consiste nello spegnimento selettivo dei linfociti effettori della risposta, in genere quando l'esposizione all'antigene è prolungata. Se qualcosa va storto in uno di questi processi, il risultato è la permanenza di cellule potenzialmente reattive all'interno dell'organismo che aspettano solo un innesco esterno per entrare in azione. La genetica gioca un ruolo chiave in tale predisposizione e questo spiega perché solo alcune persone in una data popolazione (esposte quindi agli stessi patogeni e inquinanti) diventino diabetiche o allergiche ad alcuni alimenti. Sebbene nel pensiero comune l'aumento dei casi di allergie riscontrato negli ultimi decenni, sia collegato ad inquinanti di varia natura, è invece verosimile che tale rischio (riscontrato SOLO nelle società economicamente più evolute) sia ascrivibile ad un eccesso di sanitizzazione che fa crescere i bambini in una bolla quasi asettica, impedendo al sistema immunitario di addestrarsi e di "imparare ad autoregolarsi (--> Ipotesi dell'igiene e l'articolo precedente --> "Quando troppa igiene fa male").
Non si hanno ad oggi prove su quali siano i microbi in grado di accendere la miccia immunitaria ma gli indizi si stanno accumulando come descritto nel precedente articolo sul diabete (--> "Batteri miccia per il diabete").
Un nuovo indiziato, in questo caso un virus, è salito sul banco degli imputati con l'accusa di "concorso in celiachia". Lo studio è stato condotto congiuntamente dalle università di Chicago e di Pittsburgh e pubblicato sulla prestigiosa rivista Science.

Nello studio sono stati testati due differenti ceppi di reovirus (in grado di sviluppare una infezione blanda e asintomatica) in topi predisposti con il fine di quantificarne l'impatto sul sistema immunitario. In entrambi i casi i virus hanno indotto una immunità protettiva senza alcuno "strascico" successivo. Il risultato cambiava però usando alcuni ceppi di un comune reovirus "umano"; uno di questi ceppi induceva una risposta infiammatoria e la perdita della tolleranza orale al glutine mentre l'altro era senza conseguenze come visto con i reovirus murini.

A riprova di questi indizi, il fatto che i soggetti con celiachia presentano spesso un titolo insolitamente alto di anticorpi diretti contro i reovirus, rispetto alle persone sane (che pure hanno vissuto e mangiato le stesse cose nel tempo) e un incremento di espressione del gene IRF1, codificante per un fattore di trascrizione noto per giocare un ruolo chiave nella perdita della tolleranza orale al glutine. 
Questi dati nel complesso suggeriscono che l'infezione con un reovirus può lasciare un segno permanente sul sistema immunitario che è lo stigma per la risposta successiva al glutine.

Nell'articolo si descrive anche un potenziale fattore di rischio che potrebbe spiegare l'aumento del numero di casi nelle società industrializzate. Si tratta della fase dello svezzamento che almeno negli Stati Uniti avviene in media al sesto mese, con il passaggio progressivo ad alimenti che possono contenere glutine. In quella fase dello sviluppo, il sistema immunitario non è ancora maturo (è dipeso fino ad allora dagli anticorpi materni presenti nel latte) e questo li espone a maggiori rischi infettivi e di risposte immunitarie "anomale". Se a questo si somma la predisposizione genetica si comprende perché solo alcuni bambini diventeranno celiaci negli anni a seguire.

Lo studio è particolarmente interessante in quanto apre la strada all'idea di una vaccinazione preventiva (passiva o attiva) contro le infezioni da reovirus e rivaluta, se mai ce ne fosse bisogno, l'importanza di un sufficiente periodo di allattamento al seno.


Fonte
- Reovirus infection triggers inflammatory responses to dietary antigens and development of celiac disease
Romain Bouziat et al, (2017) Science,  Vol. 356, Issue 6333, pp. 44-50


Il mito della memoria corta dei pesci vs. la loro reale capacità di memorizzare i volti

Dire a qualcuno che ha la memoria di un pesce rosso non è una attribuzione di particolari abilità mnemoniche, dato che il sottinteso è che dopo 3 secondi avrà dimenticato quanto ascoltato.

Pesce arciere (credit: Chrumps)
Si tratta in realtà di uno dei tanti miti amplificati dai media generalisti prima e da alcuni film poi, che sulla falsariga della antropizzazione del comportamento animale, omogeneizzano le diverse tipologie di memoria. Omologare il concetto di memoria come la intende l'essere umano (ad esempio la memoria episodica) a quella presente in tutti gli animali dotati di un cervello complesso è una semplificazione biologicamente fuorviante. Il semplice "ricordo" di dove trovare il cibo e di cosa evitare è presente anche nei vertebrati più semplici ma è cosa ben diversa  dalla memoria esperienziale negli umani. La memoria è alla base del processo di apprendimento e della capacità di distinguere un pericolo da una risorsa.
Certamente a fare la differenza tra noi (in quanto mammiferi) e un pesce è la presenza di novità "strutturali" come la neocorteccia (amplificata enormemente nei primati) che si innesta sul cosiddetto cervello rettiliano, sede dei processi di controllo delle funzionalità base come omeostasi e riproduzione. Il che non vuol dire che un uccello o un pesce siano incapaci di apprendere (il che implica l'esistenza di una qualche forma di memoria) ma solo che le modalità e le caratteristiche sono diverse da quelle dei mammiferi.
Nota. Esperimenti condotti sulle attitudini cognitive dei piccioni hanno rivelato che questi uccelli sono capaci di distinguere i colori e riconoscere, tra decine di fotografie, quelle che ritraggono figure umane, alberi o palazzi. I pulcini possono imparare a distinguere cibi e liquidi amari. Allo stesso modo un cane (l'animale che più di tutti è stato "plasmato" dall'essere umano attraverso 40 mila anni di selezione), pur privo della capacità di immaginare alcunché o di ricordare "ricostruendo" quanto fatto solo 10 minuti prima, è capace di imparare molto velocemente quali segnali/oggetti/azioni/etc portano ad una ricompensa o punizione (la prima per inciso ha un effetto mnemonico molto più potente) e sedimentarli nella memoria a lungo termine, processo nel quale l'ippocampo ha un ruolo centrale.
Per quanto riguarda i pesci, già in un lavoro del 2009 era stato osservato che potevano essere condizionati a rispondere ad uno stimolo sonoro, chiaro indice di apprendimento, e nello specifico imparavano ad associare stimolo ad effetto (vedi anche l'articolo --> pesci e riflesso pavloviano e --> QUI).
A completare il quadro arriva ora uno studio australiano che dimostra come alcuni pesci siano in grado di ricordare decine di facce diverse. Un risultato non indifferente se si pensa che negli esseri umani tali funzioni sono possibili grazie ad aree molto specifiche e fortemente "interlacciate" della neocorteccia e deficitarie in alcuni pazienti con lesioni di varia origine (ben descritto, tra gli altri, da Oliver Sacks, lui stesso affetto da prosopagnosia
Oliver Sacks descrive qui  l'incapacità di riconoscere i volti. Se il video non compare cliccate sul link di youtube oppure QUI.

Per evitare che il precedente paragrafo possa indurre a fraintendimenti è opportuno precisare che nel caso del pesce la capacità di riconoscere i volti è "solo" una associazione tra immagine e azione successiva, mentre il riconoscimento del volto negli umani è il risultato di una elaborazione corticale che scansiona il viso e ricostruisce una immagine, interpolando nel contempo le espressioni rilevate. Da qui si comprende quante cose "possano andare storte" in questo processo, evidente ad esempio in persone perfettamente capaci di riconoscere un volto e la persona associata ma incapaci di cogliere il significato "emotivo" delle espressioni facciali (un fenomeno comune peraltro negli autistici).
Lo studio della università del Queensland è stato condotto sui pesci arcieri, il cui nome deriva dalla loro particolare tecnica di caccia consistente nell'emissione di un violento getto d'acqua dalla bocca (che negli esemplari adulti può avere una gittata di 1,5 metri) per colpire gli insetti che sostano vicino alla superficie dell'acqua. I ricercatori hanno dimostrato che era possibile "insegnare" al pesce a sputare solo a determinate persone. Per essere più precisi i pesci sono stati capaci di memorizzare 44 facce diverse "a cui sputare", con una efficienza di riconoscimento intorno all'85 %.
E' la prima volta che tale abilità associativa e di apprendimento viene dimostrata in un pesce.

Una capacità particolarmente sorprendente se si considera che questi animali mancano delle aree cerebrali preposte a tale scopo e presenti nei mammiferi. Ricordiamo in tal senso che gli elementi comuni tra facce diverse sono molto più delle differenze, quindi la capacità "analitica" necessaria non è banale.
Le basi di questa attività associativa non sono chiarissime neppure negli essere umani, con due teorie contrapposte a contendersi il campo. La prima implica l'esistenza di una zona specializzata del cervello dotata della innata capacità di riconoscere i volti mentre la seconda sostiene che tale capacità sia appresa durante lo sviluppo. Lo studio dei pesci arcieri potrebbe ora spostare l'ago della bilancia verso la seconda teoria in quanto è estremamente improbabile che i pesci, privi come sono di neocorteccia, siano dotati di aree specializzate per il riconoscimento dei volti.


Video riassuntivo dell'esperimento condotto (credit: università del Queensland). Se non vedete il video cliccate QUI.

Fonte
- Discrimination of human faces by archerfish (Toxotes chatareus)
Cait Newport et al, (2016) Scientific Reports 6, Article number: 27523

Approfondimenti sulle differenze tra cervello umano e altri animali --> Neuroscienze.net


Prevedere le epidemia di rabbia in base alla migrazione dei pipistrelli vampiro

Le previsioni meteo sono diventate negli ultimi anni sempre più precise e affidabili anche a livello locale e lo stesso si può già ragionevolmente dire per le epidemie. Se nel primo caso bisogna ringraziare la crescente potenza di calcolo dei computer in grado di macinare una enorme mole di variabili atmosferiche, nel secondo la genetica rinforza l'analisi epidemiologica. 
Finora le previsioni epidemiche si sono concentrate su eventi di ampia portata come l'influenza o Ebola (il che ha evitato che quest'ultima raggiungesse la popolosissima Nigeria) ma la capacità predittiva si sta facendo sempre più fine come ben esemplifica il caso della rabbia.
Diffusione del virus della rabbia (maggiori info --> WHO)

La rabbia è causata da una infiammazione acuta del cervello conseguente alla infezione di un virus appartenente al genere Lyssavirus; nonostante esistano vaccini molto efficaci (usati sia a scopo preventivo per i soggetti a rischio - ad esempio  i veterinari - che come profilassi successiva al morso) la loro utilità cessa una volta comparsi i sintomi, dopo i quali il decorso è quasi invariabilmente fatale.
Da qui l'importanza di monitorare in continuo i nuovi casi e seguire il loro spostamento, rendendo così possibile agire in anticipo sulla popolazione a rischio e/o neutralizzando il vettore della diffusione.

Il virus della rabbia è in grado di infettare tutti i mammiferi, quindi il numero di vettori potenziali è ben maggiore di quelli che veicolano le varie epidemie di influenza. Ad esserne maggiormente colpiti sono gli animali carnivori, sia a causa della loro dieta (più facile per loro catturare un animale malato) che della loro aggressività (maggiore tendenza all'aggressività). Nell'essere umano la trasmissione è in genere legata al morso di volpi, cani o altri animali (a seconda dell'area), con il quale la saliva infetta entra in contatto con la cute lesionata. I casi di trasmissione interumana sono invece meno che esiziali. 
pipistrello vampiro
In Europa occidentale è attivo da tempo un monitoraggio capillare del territorio che ha permesso (ad esempio in Svizzera) di eradicare il virus dalle volpi vaccinandole mediante l'utilizzo di esche contenente il vaccino. I pipistrelli sono un altro possibile vettore di infezione, sebbene più raro alle nostre latitudini (il 90% dei pipistrelli infetti si trovano nell'area tra la Manica e il mar Baltico). C'è da dire che data la sintomatologia degli animali colpiti (paralisi) la probabilità di essere morsi da un pipistrello infetto è di suo estremamente rara (diverso è il discorso per infezioni indirette mediate dal contatto con deiezioni e saliva infette come ben descritto in precedenza per la trasmissione del virus Ebola --> QUI). 

In altre parti del mondo tuttavia la possibilità di trasmissione del virus della rabbia ad opera dei pipistrelli è maggiore soprattutto quando ad essere coinvolti sono i pipistrelli vampiro, innocui nonostante il nome evocativo ma che per ragioni facilmente comprensibili hanno caratteristiche alimentari che facilitano la trasmissione del virus rispetto ai loro "cugini" fruttivori. Nei pipistrelli sudamericani la variante del virus più comune è nota con la sigla VBRV ed è quella studiata da un team della università di Glasgow.

L'impatto della rabbia su fauna selvatica, allevamento, agricoltura e salute umana può avere un forte impatto a livello locala e il modo migliore per predire il livello di rischio è monitorare la diffusione del virus nei pipistrelli. Un monitoraggio complicato tuttavia dalla prossimità della foresta amazzonica e le scarse informazioni sui movimenti migratori di questi animali.
Per supplire a questa carenza di informazioni, i ricercatori hanno utilizzato la genetica e in particolare la tracciatura di un insieme di marcatori genomici, mitocondriali e virali grazie ai quali legare gli spostamenti di specifiche popolazioni di pipistrelli con la presenza (e quantificazione) del virus. Lo studio, pubblicato sulla rivista PNAS, riporta le previsioni sulla diffusione del virus fino al 2020, delineando una traiettoria che dall'Amazzonia, attraverserà il nord del Perù fino ad arrivare all'oceano Pacifico.
La validità del modello è stata confermata dalla rete di monitoraggio implementata per segnalare i focolai di VBRV; i nuovi casi di bestiame infetto sono effettivamente localizzati lungo il corridoio di migrazione.

I dati genetici sommati ai modelli matematici di epidemiologia sono quindi un metodo sempre più affidabile per elaborare in anticipo le strategie di prevenzione e di contenimento dei virus, su più fronti: la vaccinazione preventiva del bestiame; l'educazione  della popolazione e il controllo mirato del vettore dell'infezione.


Fonte
- Host-pathogen evolutionary signatures reveal dynamics and future invasions of vampire bat rabies
Streicker DG et al,  Proc Natl Acad Sci U S A. 2016 Sep 27;113(39):10926-31




Il grafene nuovo alleato contro i batteri

La prospettiva di un mondo "invaso" da batteri resistenti agli antibiotici è ai primi posti tra le preoccupazioni degli organismi sanitari mondiali. Non si tratta purtroppo di un mero dibattito accademico ma del risultato delle rilevazioni condotte dai centri che monitorano la diffusione delle malattie microbiche; il verdetto è  che sono necessarie soluzioni innovative per scongiurare centinaia di migliaia di morti in un prossimo futuro.
Non si parla qui dei "classici" decessi conseguenti alla comparsa di un microbo particolarmente virulento ma di infezioni successive a eventi banali come un ascesso o a un qualunque evento che possa provocare lesioni della cute. Un rischio ben noto e fatalisticamente preventivato dai nostri nonni, finché alla fine degli anni '40 fecero la loro comparsa gli antibiotici.

Grafene, un singolo
"foglio" di atomi di carbonio
Le strategie per ridurre al massimo il rischio della comparsa di batteri resistenti sono, sebbene tardive, molteplici. Si va da opere di educazione per insegnare il corretto uso degli antibiotici all'obbligo di ricetta per l'acquisto, passando da un giro di vite sul loro utilizzo negli allevamenti. Trovare nuovi farmaci è la strada più ovvia ma soffre del rischio di vedere farmaci innovativi (e costosi) neutralizzati da nuove forme di resistenza.
Un percorso complementare è quello tecnologico volto a creare materiali con caratteristiche antibiotiche "intrinseche nella loro struttura" con i quali rivestire tutti gli strumenti ospedalieri.
La natura e le nuove tecnologie ci vengono ora in aiuto, come ben dimostrano due recenti lavori tutti centrati sul grafene, la forma planare del fullerene.

Il primo lavoro, frutto delle sinergie di due team di ricerca italiani, è stato pubblicato sulla rivista "Nature Scientific Reports".
I ricercatori hanno sviluppato un rivestimento ispirato al carapace dei granchi e come esso dotato di proprietà antibatteriche; una caratteristica questa sviluppata nel corso di milioni di anni di evoluzione, e basata  sulla  fisica dei materiali più che sulla presenza di molecole ad azione antibiotica. Il prodotto sviluppato mima il rivestimento del granchio grazie a un gel contenente microscopiche lamine di grafene che formano una specie di filo spinato di dimensioni nanometriche. Una barriera dimostratasi in grado di tagliare e uccidere, dopo il contatto, oltre il 90 % delle specie batteriche testate; cosa ancora più importante, la natura dell'azione antimicrobica fa si che il rischio che un batterio mutante sviluppi una qualche contromisura, meno che esiziale.
I batteri resistenti agli antibiotici diventano tali o in seguito a mutazioni che rendono il bersaglio dell'antibiotico non più riconoscibile o acquisendo da altri batteri, anche di specie diverse, uno o più enzimi capaci di distruggere la molecola antibiotica. Nel caso del grafene il batterio dovrebbe "inventarsi" su due piedi una corazza capace di farlo passeggiare incolume sul "filo spinato", cosa praticamente impossibile per le dinamiche evolutive.

Il gel potrebbe essere usato ad esempio come rivestimento degli strumenti per le sale operatorie, negli impianti biomedici e su tutte le superfici "a rischio".
Lo studio è, come sempre più spesso avviene, interdisciplinare essendosi avvalso di tecniche che vanno dalla biologia alla stampa laser e dalla tecnologia dei materiali all'utilizzo di complessi modelli di fisica teorica.

***

A distanza di poche settimane dall'articolo italiano ecco arrivare un lavoro della Rice University, pubblicato su una rivista della American Chemical Society, che conferma le potenzialità antibatteriche del grafene.
Nello specifico i ricercatori hanno osservato che il grafene indotto dal laser (LIG), una versione spugnosa del grafene, non solo è in grado di impedire la formazione dei biofilm (aggregazione complessa di microrganismi, caratterizzata da estrema resistenza ai trattamenti) ma anche di fulminare letteralmente i batteri che vi si avvicinassero grazie alle note proprietà di conduttore del grafene (previo collegamento ad una batteria di 1,1 volt)
L'azione antibatterica del LIG rispetto alla polimide (il polimero di partenza).
Credit: Arnusch Lab/Ben-Gurion University of the Negev

Gli studi sul LIG sono iniziati tre anni fa per tutt'altri motivi, centrati sul miglioramento della componentistica elettronica e delle celle a combustibile finché gli autori si sono accorti delle sue potenzialità antimicrobiche. Le proprietà anti-biofilm del LIG proiettano il suo utilizzo in più settori, dagli impianti di trattamento delle acque ai macchinari per la trivellazione, dagli ospedali fino ai cavi transoceanici.
Se a questo si aggiunge la sua capacità "fulminante", a guisa delle comuni racchette elettriche usate contro le zanzare, si comprende l'interesse che il grafene ha destato nella comunità scientifica.

Nessuno dei due studi risolve (né vorrebbe farlo) il problema della resistenza agli antibiotici ma lo affronta indirettamente fornendo un modo per prevenire la contaminazione di superfici critiche (come quelle ospedaliere), per loro natura il punto di passaggio dei batteri da un individuo all'altro.



Per articoli precedenti attinenti al tema --> "antibiotici"

Fonti
- Biomimetic antimicrobial cloak by graphene-oxide agar hydrogel
M. Papi et al, Scientific Reports 6, Article number: 12 (2016)

- Laser-Induced Graphene Layers and Electrodes Prevents Microbial Fouling and Exerts Antimicrobial Action
Swatantra P. Singh et al, ACS Applied Materials & Interfaces (2017)




Prossima missione: Europa, una luna di Giove

Atterrare su Europa, non sarà uno scherzo: la sonda potrebbe rimbalzare, rompersi o affondare subito dopo il contatto

Clipper (Credit: nasa)
Se i piani operativi non verranno cancellati o ridimensionati, nel 2020 dovrebbe essere lanciata in direzione Giove la sonda Clipper con il compito di mappare in dettaglio la superficie della luna Europa. Solo in una seconda fase, e grazie alle informazioni ottenute, partirà la seconda navetta che porterà con sé un modulo di atterraggio integrato con un mini laboratorio sulla falsa riga dei vari rover marziani.
Atterrare su Europa non sarà però "semplice" come lo è stato (se si esclude quanto avvenuto alla sonda Schiapparelli) su Marte. Due i principali ostacoli di cui gli scienziati della NASA dovranno tenere conto, il terreno e le temperature.


Il terreno.
La superficie ghiacciata di Europa ricopre con ogni probabilità un oceano di acqua (e altri elementi) come noto anche per alcune altre lune (vedi Encelado, una delle lune di Saturno --> QUI).
In basso a sinistra è visibile un probabile getto d'acqua che emerge
dall'interno di Europa (credit: NASA via Nature mag.)
A seconda delle condizioni locali la sonda potrebbe adagiarsi su una superficie insolitamente dura o scivolosa da farla rimbalzare, oppure così porosa da provocarne l'affondamento. In aggiunta a questi problemi, la presenza di enormi crepacci e occasionali geyser di acqua che sublimano nella tenue atmosfera.
Ad oggi il principale candidato come sito di atterraggio è l'area denominata Thera Macula, costituita da una alta densità di strutture simile ad iceberg si contrappongono (da cui il nome traducibile come "terreno di caos").
Thera Macula
Adagiarsi lì equivarrebbe a farlo sui rilievi irregolari di un iceberg della Groenlandia, ricco di cavità e superfici "pericolose".
Superficie "difficile" di riferimento presa nella Valle della Morte (USA) 
Photo by Lluís Ribes Portillo via airspacemag.com
Perché allora scegliere questa area? Lo scopo principale della missione è cercare di prelevare un campione delle acque sottostanti, e le "fratturate" sono quelle in cui la probabilità di intercettare un geyser è maggiore. Le acque sono il bersaglio in quanto è li che si vuole cercare la presenza (o le tracce fossili) di microbi unicellulari. I sensori oggi disponibili sono in grado di rilevare la presenza di qualche decina di microbi per ogni millilitro di ghiaccio, test effettuati sui ghiacci che sovrastano il sotterraneo lago Vostok in Antartide.
Il lago Vostok

La temperatura è un altro dei parametri di cui tenere conto.
Con i suoi -176 ° C superficiali, i granelli di ghiaccio hanno comportamenti ben diversi da quelli osservabili sulla Terra (vedi a riguardo il paragrafo dedicato ai "ghiacci estremi" in un precedente articolo sul blog --> QUI). La modellistica di laboratorio costruita sui parametri di Europa ha mostrato che i grani di ghiaccio tendono all'aggregazione, che si riflette in un aumento della densità del ghiaccio; in altre parole il ghiaccio può diventare più "pesante" dell'acqua.

Si tratta di parametri (ancorché incompleti) di cui i progettisti del lander dovranno tenere conto per  massimizzare in primo luogo l'aderenza alla superficie. I disegni dei prototipi prefigurano un lander a quattro zampe con una pancia piatta, capace di adagiarsi su ghiaccio dotato di proprietà limite.
Obbiettivo minimo è che il lander si stabilizzi sulla superficie, penetrando almeno 10 centimetri nel ghiaccio, così da potere raccogliere almeno 5 campioni di acque in 20 giorni, analizzandoli per la presenza di vita.

Non è un progetto semplice, ma ricordiamoci dei successi degli ultimi anni che ci hanno permesso di fare adagiare una sonda su una cometa e di tenere la navetta di supporto in stretto contatto con essa per molti mesi (--> "Missione Rosetta")  oppure quanto fatto con la precedente sonda Huygens paracaduta sulla luna Titano nel 2005.


Fonti
- Europa Lander Study - 2016 Report (PDF by NASA)

- Clipper Mission (by NASA)


Wikipedia bloccato in Turchia

Wikipedia bloccato in Turchia
Un'altra prova di quello che è la Turchia oggi e del pericolo che rappresenta per l'Europa e le sue libertà

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