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Sebbene la ricerca neuroscientifica abbia prosperato negli ultimi dieci anni circa, il 2022 si è rivelato un anno eccezionale, con alcune delle più grandi scoperte neuroscientifiche degli ultimi anni. Ecco 7 scoperte che dimostrano il potenziale delle neuroscienze per trasformare le nostre vite e persino la nostra definizione di vita stessa.
Queste firme EEG simili al battito cardiaco sono la prima prova indiretta che il cervello umano utilizza l'informatica quantistica. I potenziali evocati EEG sono stati rilevati tramite una specifica tecnica di risonanza magnetica progettata per individuare spin entangled nel cervello umano.
Attualmente sono spiegabili solo come spin nucleari di protoni nel cervello che sono in entanglement quantistico. Il fisico responsabile della scoperta ha riassunto:
"Per me è importante che tu sia al sicuro, ma non puoi permetterti di farlo da solo" 𝙤𝙛 𝙦𝙪𝙖𝙣𝙩𝙪𝙢 𝙜𝙧𝙖𝙫𝙞𝙩𝙮, 𝙬𝙝𝙚𝙧𝙚𝙗𝙮 𝙮𝙤𝙪 𝙩𝙖𝙠𝙚 𝙠𝙣𝙤𝙬𝙣 𝙦𝙪𝙖𝙣𝙩𝙪𝙢 𝙨𝙮𝙨𝙩𝙚𝙢𝙨, 𝙬𝙝𝙞𝙘𝙝 𝙞𝙣𝙩𝙚𝙧𝙖𝙘𝙩 𝙬𝙞𝙩𝙝 𝙖𝙣 𝙪𝙣𝙠𝙣𝙤𝙬𝙣 𝙨𝙮𝙨𝙩𝙚𝙢. 𝙄𝙛 𝙩𝙝𝙚 𝙠𝙣𝙤𝙬𝙣 𝙨𝙮𝙨𝙩𝙚𝙢𝙨 𝙚𝙣𝙩𝙖𝙣𝙜𝙡𝙚, 𝙩𝙝𝙚𝙣 𝙩𝙝𝙚 𝙪𝙣𝙠𝙣𝙤𝙬𝙣 𝙢𝙪𝙨𝙩 𝙗𝙚 𝙖 𝙦𝙪𝙖𝙣𝙩𝙪𝙢 𝙨𝙮𝙨𝙩𝙚𝙢, 𝙩𝙤𝙤.''
In questo caso il sistema noto era l'acqua cerebrale (fluido cerebrale), mentre il sistema sconosciuto era il cervello.
Inoltre, i livelli di entanglement sono correlati alle prestazioni della memoria a breve termine e alla consapevolezza cosciente, quindi è probabile che costituiscano una parte importante delle nostre funzioni cognitive di ordine superiore.
I processi quantistici sono stati ampiamente consolidati nella biologia non umana. Ad esempio, senza l'effetto tunnel quantistico, la fotosintesi e, di conseguenza, la maggior parte della vita sulla Terra, potrebbero non essere esistiti.
Questo studio non è la prima prova della biologia quantistica umana.
i criptocromi presenti negli occhi degli uccelli, che sfruttano l'entanglement quantistico dello stato di tripletto, rappresentano un meccanismo che permette loro di leggere il campo magnetico terrestre come una mappa. Anche gli occhi umani possiedono criptocromi, ma a un certo punto della nostra evoluzione questi si sono disattivati.
I risultati di questo studio potrebbero segnare l'inizio di un cambiamento di paradigma nelle neuroscienze e rivelare modi chiave per far evolvere l'informatica quantistica basata sulle macchine e l'intelligenza artificiale generale.
Studio: Indicazioni sperimentali di funzioni cerebrali non classiche, Christian Matthias Kerskens e David López Pérez.
Per la prima volta nella storia, gli animali potrebbero acquisire alcuni aspetti dell'intelligenza umana attraverso trapianti cerebrali integrativi.
Gli organoidi (o assembloidi) sono gruppi funzionanti di neuroni coltivati in vitro, solitamente a partire da cellule staminali cutanee. Queste formazioni cerebrali viventi relativamente complesse, che possono essere animali o umane, vengono utilizzate per studiare la meccanica neurale in laboratorio, al di fuori di un cervello reale.
Tuttavia, il loro valore per la ricerca è piuttosto limitato dalle dimensioni e dalla complessità che possono raggiungere. Per superare questo problema, un nuovo approccio pubblicato su Nature ha trapiantato organoidi di corteccia umana in cervelli di ratto viventi (nell'immagine sopra).
Sei mesi dopo l'integrazione, i neuroni umani hanno raggiunto un nuovo livello di maturazione, crescendo fino a 6 volte di più rispetto a quanto fosse possibile in vitro. La loro attività ha emulato meglio alcuni dei comportamenti più sofisticati osservati nel cervello umano.
In un esperimento successivo, i ricercatori hanno attivato specificatamente i neuroni umani geneticamente modificati utilizzando l'optogeneticae sono riusciti a influenzare con successo la frequenza con cui i ratti cercavano una ricompensa.
Sebbene affascinante, questo nuovo ambito della ricerca biologica, e persino la biologia stessa, potrebbero essere pieni di complicazioni etiche, tra cui anche la classificazione di un simile organismo ibrido.
Studio: Maturazione e integrazione del circuito di organoidi corticali umani trapiantati, Omer Revah et al.Stu
Questo video è più di quanto sembri: è in realtà la prima ibridazione riuscita di neuroni biologici e chip di silicio che imparano a giocare a un gioco simulato.
Come abbiamo appena visto, gli organoidi sono attualmente uno dei settori scientifici in più rapida evoluzione. Questa ricerca va in una direzione diversa, ma altrettanto sbalorditiva, sintetizzando un mix di organoidi umani/roditori con chip per computer.
Denominata "intelligenza biologica sintetica" (SBI), l'obiettivo è quello di fondere sinergicamente queste forme di intelligenza un tempo divergenti.
In particolare, i ricercatori hanno cercato di sfruttare la potenza della complessità di terzo ordine presente negli organoidi, mai raggiunta con l'informatica tradizionale. Inoltre, hanno cercato di raggiungere la definizione formale di sensibilità nelle culture neurali, dimostrando efficacemente l'apprendimento tramite feedback sensoriale.
In questo studio, gli organoidi in vitro sono stati integrati con un calcolo "in silico" tramite un array multielettrodico ad alta densità. Utilizzando un feedback strutturato a circuito chiuso tramite stimolazione elettrofisiologica, l'esperimento denominato "BrainDish" è stato inserito in una simulazione dell'iconico videogioco Pong.
La capacità dei neuroni in aggregazione di rispondere in modo adattivo agli stimoli esterni è alla base di ogni apprendimento animale. Sebbene questo esperimento iniziale sia una simulazione molto elementare, ha dimostrato un comportamento intelligente e senziente in un mondo di gioco simulato attraverso un comportamento orientato a un obiettivo.
Questo approccio offre una nuova promettente strada di ricerca per supportare o mettere in discussione le teorie che spiegano come il cervello interagisce con il mondo e per studiare l'intelligenza in generale.
Studio: i neuroni in vitro apprendono e mostrano sensibilità quando sono incarnati in un mondo di gioco simulato, Brett J. Kagan et al.
I ricercatori hanno fatto una scoperta potenzialmente rivoluzionaria per la salute umana nel 2022. I muscoli sono la massa magra più grande del nostro corpo, ma in termini di metabolismo ossidativo dell'intero organismo, bruciano solo il 15% del glucosio a riposo. Questo è associato ai rischi per la salute derivanti da una sedentarietà eccessiva.
Il soleo è un muscolo del polpaccio di piccole dimensioni che pesa appena un chilo, ma possiede uno speciale meccanismo innato, finora sconosciuto. Un nuovo studio dell'Università di Houston ha dimostrato che quando questo muscolo specifico viene attivato con precisione, il metabolismo del glucosio nell'intero corpo aumenta drasticamente, raggiungendo il 30-45%. Ciò si verifica con un dispendio energetico trascurabile per la contrazione effettiva del soleo.
L'esercizio consiste in un semplice sollevamento ripetitivo del tallone mantenendo la pianta del piede a terra, che può essere eseguito da seduti sul pavimento o su una sedia. È stato soprannominato "flessione del soleo" perché attiva un mix energetico finora sconosciuto.
È interessante notare che questo tipo di contrazione del soleo viene disattivato durante la camminata o la corsa. Di conseguenza, il dispendio energetico muscolare degli arti inferiori è stato testato anche su un tapis roulant.
Sorprendentemente, le flessioni sul soleo hanno bruciato più del doppio dell'ossigeno rispetto alla corsa e dieci volte di più rispetto alla camminata. Gli effetti sono stati osservati in adulti di età compresa tra 22 e 82 anni.
La conclusione è che la regolazione metabolica sistemica può essere notevolmente migliorata attivando un muscolo minore del polpaccio. Questi risultati di ricerca rivelano un modo ampiamente accessibile e pratico per contrastare i significativi rischi per la salute derivanti dalla sedentarietà prolungata, anche per le persone che si allenano regolarmente.
Studio: Un potente metodo fisiologico per amplificare e sostenere il metabolismo ossidativo del soleo migliora la regolazione del glucosio e dei lipidi, Marc T. Hamiliton, et al.
Una nuova scoperta casuale pubblicata su Nature ha rivelato una nuova importante caratteristica della neuroplasticità nel cervello dei mammiferi adulti.
Un team di neuroscienziati dell'MTI stava studiando il cervello dei topi per dimostrare come i dendriti dei neuroni elaborano gli input sinaptici in modi diversi, a seconda della loro posizione. Poiché ciò richiede tecniche ad altissima risoluzione, hanno scoperto casualmente un'abbondanza di sinapsi silenti, note come filopodi, all'estremità dei dendriti.
Il ricercatore principale ha commentato:
"Per me è importante, per me è importante essere un uomo forte, "Non ho intenzione di fare affidamento su nessuno."
Le sinapsi sono i meccanismi neurali che consentono al cervello di collegarsi in modo flessibile in configurazioni pressoché infinite. Tuttavia, le sinapsi già funzionalmente collegate richiedono una soglia di stimolazione elevata per potersi disaccoppiare e ricollegare.
Le sinapsi silenti hanno una soglia di neuroni molto bassa e sono essenzialmente pronte a connettersi con altri neuroni. Sebbene in precedenza si ritenesse che i filopodi esistessero solo nei cervelli molto giovani, ciò ha lasciato molti interrogativi sui meccanismi con cui i cervelli adulti sono ancora capaci di raggiungere elevati livelli di neuroplasticità.
Si è scoperto inoltre che i filopodi adulti sono molto sensibili alla plasticità hebbiana, in cui un neurone può influenzare direttamente la plasticità sinaptica di un altro.
La scoperta offre una nuova comprensione di come la connettività funzionale possa essere guidata da questo nuovo meccanismo, consentendo un controllo flessibile del cablaggio sinaptico che amplia le capacità di apprendimento del cervello maturo.
Offre anche una spiegazione di come si possono formare nuovi ricordi.
"Il mio primo bacio è stato commosso, ma non è stato detto 𝙞𝙢𝙥𝙤𝙧𝙩𝙖𝙣𝙩 𝙣𝙚𝙬 𝙞𝙣𝙛𝙤𝙧𝙢𝙖𝙩𝙞𝙤𝙣 𝙞𝙨 𝙥𝙧𝙚𝙨𝙚𝙣𝙩𝙚𝙙, 𝙘𝙤𝙣𝙣𝙚𝙘𝙩𝙞𝙤𝙣𝙨 𝙗𝙚𝙩𝙬𝙚𝙚𝙣 𝙩𝙝𝙚 𝙧𝙚𝙡𝙚𝙫𝙖𝙣𝙩 𝙣𝙚𝙪𝙧𝙤𝙣𝙨 𝙖𝙧𝙚 𝙨𝙩𝙧𝙚𝙣𝙜𝙩𝙝𝙚𝙣𝙚𝙙. 𝙏𝙝𝙞𝙨 𝙡𝙚𝙩𝙨 𝙩𝙝𝙚 𝙗𝙧𝙖𝙞𝙣 𝙘𝙧𝙚𝙖𝙩𝙚 𝙣𝙚𝙬 𝙢𝙚𝙢𝙤𝙧𝙞𝙚𝙨 𝙬𝙞𝙩𝙝𝙤𝙪𝙩 𝙤𝙫𝙚𝙧𝙬𝙧𝙞𝙩𝙞𝙣𝙜 𝙩𝙝𝙚 𝙞𝙢𝙥𝙤𝙧𝙩𝙖𝙣𝙩 𝙢𝙚𝙢𝙤𝙧𝙞𝙚𝙨 𝙨𝙩𝙤𝙧𝙚𝙙 𝙞𝙣 "Per favore, mettiti comodo e prenditi cura di me."
Una conclusione fondamentale di questa ricerca è che il nostro cervello è predisposto neuroanatomicamente in un modo che gli consente di rimanere altamente adattabile durante l'età adulta, potenzialmente pronto a subire cambiamenti trasformativi.
Studio: I filopodi costituiscono un substrato strutturale per le sinapsi silenti nella neocorteccia adulta, Dimitra Vardalaki, Kwanghun Chung e Mark T. Harnett
La stimolazione transcranica a corrente continua (tDCS) consiste nell'applicare una debole stimolazione elettrica al cuoio capelluto per potenzialmente aumentare l'attività cerebrale, nota anche, in termini meno scientifici, come "scarica elettrica cerebrale". Esiste da tempo; ad esempio, la DARPA l'ha studiata circa dieci anni fa. La maggior parte delle ricerche si è concentrata su popolazioni sane o con prestazioni elevate, ma sono emerse poche prove convincenti.
Uno studio appena pubblicato suggerisce che i benefici di questo metodo potrebbero in realtà essere specifici per gli anziani con problemi di memoria.
I ricercatori hanno valutato gli effetti dell'allenamento della memoria come una valutazione composita complessiva della capacità di memoria di lavoro, confrontando gli anziani con gli anziani con problemi di memoria.
Hanno scoperto che, mentre tutti gli individui hanno migliorato le loro prestazioni durante l'allenamento, la tDCS con allenamento della memoria di lavoro ha apportato benefici in modo selettivo agli individui anziani (OO) con una minore capacità di memoria di lavoro.
È interessante notare che hanno anche scoperto che le prestazioni con la stimolazione tDCS erano peggiori negli anziani più giovani, che in realtà mostravano punteggi di memoria di lavoro significativamente più alti con la stimolazione fittizia.
Sono necessarie ulteriori ricerche, ma questa potrebbe essere una rara prova del fatto che i benefici della neurostimolazione o della neuromodulazione possono essere altamente neurologicamente specifici.
Inoltre, una tecnica di stimolazione elettrica simile, chiamata stimolazione transcranica a corrente alternata (tACS), che utilizza correnti elettriche CA di basso livello per innescare un'attività cerebrale intensificata, ha dimostrato per la prima volta di poter innescare cambiamenti significativi nella cognizione.
In uno studio pubblicato su Nature, 150 persone di età compresa tra 65 e 88 anni hanno svolto un compito di richiamo mnemonico di un elenco di parole della durata di 20 minuti, mentre il loro cervello veniva sottoposto a scosse elettriche. L'esercizio è stato ripetuto per 4 giorni.
Contrariamente alla stimolazione fittizia, i risultati hanno mostrato che le prestazioni della memoria sono migliorate nel corso dei quattro giorni e che questi miglioramenti sono rimasti costanti anche un mese dopo.
In modo forse più convincente, quando le regioni della corteccia prefrontale associate alla memoria a lungo termine venivano stimolate, le prestazioni miglioravano nel ricordare le parole all'inizio dell'elenco. Quando venivano stimolate le regioni del lobo parietale coinvolte nella memoria di lavoro, il ricordo risultava potenziato per le parole vicine alla fine dell'elenco.
I risultati sono molto più convincenti rispetto ad altri studi in questo ambito. Ciò potrebbe essere dovuto al fatto che lo zapping è stato effettuato nell'arco di diversi giorni anziché in una singola sessione. In ogni caso, sembra che la tACS possa svolgere un ruolo positivo nel migliorare le funzioni cerebrali.
Studio 1: Gli anziani con una minore capacità di memoria di lavoro traggono beneficio dalla stimolazione transcranica a corrente continua se combinata con l'allenamento della memoria di lavoro, Sara Assecondi et al.
Studio 2: Miglioramento duraturo e dissociabile della memoria di lavoro e della memoria a lungo termine negli anziani con neuromodulazione ripetitiva, Shey Grover, et al.
Sebbene vi sia stato un ampio dibattito scientifico sull'efficacia delle applicazioni di allenamento cerebrale, una nuova ricerca ha ampiamente dimostrato che un intervento di allenamento cognitivo di 4 settimane può migliorare significativamente la mentalità di crescita nei bambini di età compresa tra 7 e 10 anni.
La mentalità di crescita si basa sulla convinzione che l'intelligenza di una persona possa cambiare con uno sforzo associato a:
- aumento del desiderio di imparare
- opinioni positive sullo sforzo
- disponibilità ad accettare le sfide
Oltre a utilizzare valutazioni pre e post della mentalità di crescita, sono state eseguite dettagliate scansioni fMRI prima e dopo l'allenamento. Oltre al trasferimento diretto nelle valutazioni, le scansioni hanno rivelato cambiamenti neurologici positivi in diverse regioni cerebrali cruciali per il controllo cognitivo, la motivazione e la memoria.
La plasticità dei circuiti cortico-striatali è emersa come un forte indicatore di quali bambini traggono i maggiori benefici dall'allenamento.
Anche le misure di mentalità di crescita prima dell'allenamento sono state associate a migliori competenze matematiche dopo l'allenamento, suggerendo che livelli più elevati di mentalità di crescita hanno portato a migliori prestazioni matematiche con l'allenamento. Tuttavia, è interessante notare che i bambini con minori competenze matematiche prima dell'allenamento mostrano maggiori miglioramenti nella mentalità di crescita in risposta all'allenamento.
Poiché gli effetti positivi sulla mentalità di crescita in giovane età possono influenzare notevolmente il percorso di sviluppo di un bambino, i risultati dimostrano che gli interventi di formazione cognitiva hanno il potenziale per migliorare i risultati complessivi nella vita.
Studio: L'allenamento cognitivo migliora la mentalità di crescita nei bambini attraverso la plasticità dei circuiti cortico-striatali, Lang Chen, et al.
Benvenuti ai Servizi di Ricerca e Strategia di oggi, in un mondo frenetico.
Una discussione basata su prove concrete per stabilire se attività come cruciverba e sudoku migliorino significativamente la salute del cervello, chiarendo cosa favoriscono, cosa no e perché i benefici sono spesso fraintesi.
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