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Le neuroscienze non sono solo uno dei campi della scienza in più rapida evoluzione, ma anche uno dei più diversificati. Il 2023 ha visto la ricerca accelerare in molti ambiti affascinanti, in un ampio spettro di discipline. Ecco alcuni punti salienti delle scoperte che promettono di plasmare la nostra comprensione del cervello umano e del mondo con cui interagiamo.
Tradizionalmente pensiamo all'attività elettrica del cervello come a valle dei neuroni che la producono attraverso l'attivazione di segnali. Tuttavia, un nuovo studio condotto da neuroscienziati del John Hopkins e del MIT propone una teoria secondo cui questi segnali elettrici possono effettivamente ristrutturare il cervello fino al livello subcellulare.
Denominata "accoppiamento citoelettrico", la teoria ipotizza che i campi elettrici del cervello, creati dall'attività della rete neurale, possano influenzare la configurazione fisica dei componenti subcellulari dei neuroni per ottimizzare la stabilità e l'efficienza della rete.
Ciò si basa su studi precedenti che hanno dimostrato come l'attività elettrica ritmica o "onde cerebrali" nelle reti neurali e l'influenza dei campi elettrici a livello molecolare possano coordinare e regolare le funzioni del cervello.
Questo tipo di neuroplasticità indotta elettricamente a livello molecolare e dei microtubuli fornisce un'ulteriore possibilità per comprendere perché la cognizione umana sia così incredibilmente flessibile.
I meccanismi descritti per raggiungere questo obiettivo includono l'elettrodiffusione, la meccano-trasduzione e gli scambi tra energia elettrica, potenziale e chimica.
Come ha riassunto il ricercatore principale, "Se si desidera che i pazienti siano trattati in modo appropriato, è necessario che i pazienti siano trattati in modo appropriato". 𝙘𝙝𝙖𝙣𝙜𝙚 𝙩𝙤𝙤. 𝙏𝙝𝙚𝙮 𝙘𝙖𝙣 𝙝𝙖𝙫𝙚 𝙚𝙡𝙚𝙘𝙩𝙧𝙞𝙘 𝙘𝙝𝙖𝙧𝙜𝙚𝙨 𝙖𝙣𝙙 𝙣𝙚𝙚𝙙 𝙩𝙤 𝙘𝙖𝙩𝙘𝙝 𝙪𝙥 𝙬𝙞𝙩𝙝 𝙣𝙚𝙪𝙧𝙤𝙣𝙨 𝙩𝙝𝙖𝙩 𝙥𝙧𝙤𝙘𝙚𝙨𝙨, 𝙨𝙩𝙤𝙧𝙚, 𝙖𝙣𝙙 𝙩𝙧𝙖𝙣𝙨𝙢𝙞𝙩 𝙞𝙣𝙛𝙤𝙧𝙢𝙖𝙩𝙞𝙤𝙣 𝙪𝙨𝙞𝙣𝙜 𝙚𝙡𝙚𝙘𝙩𝙧𝙞𝙘 𝙨𝙞𝙜𝙣𝙖𝙡𝙨. 𝙄𝙣𝙩𝙚𝙧𝙖𝙘𝙩𝙞𝙣𝙜 𝙬𝙞𝙩𝙝 𝙩𝙝𝙚 𝙣𝙚𝙪𝙧𝙤𝙣𝙨' 𝙚𝙡𝙚𝙘𝙩𝙧𝙞𝙘 𝙛𝙞𝙚𝙡𝙙𝙨 𝙨𝙚𝙚𝙢𝙨 "𝙣𝙚𝙘𝙚𝙨𝙨𝙖𝙧𝙮."
All'inizio di quest'anno si è scoperto che l'entanglement quantistico è collegato alla cognizione di ordine superiore e sembra che questi nuovi paradigmi che guardano oltre il livello dei neuroni possano essere fondamentali per far progredire la neuroscienza al livello successivo.
𝗖𝘆𝘁𝗼𝗲𝗹𝗲𝗰𝘁𝗿𝗶𝗰 𝗰𝗼𝘂𝗽𝗹𝗶𝗻𝗴: 𝗘𝗹𝗲𝗰𝘁𝗿𝗶𝗰 𝗳𝗶𝗲𝗹𝗱𝘀 𝘀𝗰𝘂𝗹𝗽𝘁 𝗻𝗲𝘂𝗿𝗮𝗹 𝗮𝗰𝘁𝗶𝘃𝗶𝘁𝘆 𝗮𝗻𝗱 “𝘁𝘂𝗻𝗲” 𝘁𝗵𝗲 𝗯𝗿𝗮𝗶𝗻'𝘀 𝗶𝗻𝗳𝗿𝗮𝘀𝘁𝗿𝘂𝗰𝘁𝘂𝗿𝗲
Uno studio pubblicato su Nature Nanotechnology suggerisce un nuovo paradigma di trattamento sanitario attraverso la manipolazione dell'effetto tunnel biologico quantistico nelle cellule cerebrali per curare il glioblastoma.
I ricercatori hanno sviluppato la loro tecnica basandosi su precedenti evidenze del ruolo cruciale degli eventi della meccanica quantistica in specifici processi biologici alla base del funzionamento degli organismi. Il metodo prevede l'applicazione di nanoelettrodi bipolari d'oro (chiamati bio-nanoantenne) spruzzati su una sezione chirurgica.
Viene quindi applicato un campo elettrico preciso che prende di mira e stimola specificamente i campi elettrici delle singole cellule tumorali. Questo provoca il trasferimento di un singolo elettrone tramite la manipolazione dell'effetto tunnel elettronico, che altera lo stato proteico della cellula, un fenomeno noto come Trasferimento Elettronico Biologico Quantistico (QBET).
Questo a sua volta segnala alle cellule tumorali di attivare la morte cellulare programmata (apoptosi). Le cellule cerebrali normali sono insensibili alla stimolazione elettrica, mentre le cellule tumorali sono estremamente sensibili (ciò che i ricercatori ipotizzano sia dovuto alla loro alterata espressione di percorsi genetici).
Si tratta di uno strumento di comunicazione elettro-molecolare wireless che facilita l'eliminazione delle cellule tumorali. L'approccio è minimamente invasivo rispetto alla chirurgia tradizionale e può essere utilizzato quando la chirurgia non è un'opzione a causa dell'eccessiva proliferazione delle cellule tumorali tra le cellule sane.
I ricercatori sostengono che diversi aspetti delle frequenze elettriche e del voltaggio della stimolazione consentiranno di colpire diversi tipi di cellule tumorali.
Sebbene il metodo di somministrazione delle bio-nanoantenne per facilitare la stimolazione elettrica possa presentare alcune limitazioni, questa ricerca sembra essere la prima dimostrazione di una terapia medica quantistica che sfrutta i cambiamenti nella biologia delle cellule a livello quantistico.
Sebbene sia ancora presto per dirlo, l'autore dello studio Frankie Rawson ha riassunto il significato più ampio dei risultati.
"Il mio primo bacio è stato molto forte" 𝒎𝒆𝒄𝒉𝒂𝒏𝒊𝒄𝒂𝒍 𝒆𝒇𝒇𝒆𝒄𝒕𝒔, 𝒕𝒉𝒊𝒔 𝒎𝒂𝒚 𝒓𝒆𝒑𝒓𝒆𝒔𝒆𝒏𝒕𝒊 𝒆 𝒄𝒐𝒓𝒍𝒅'𝒔 𝒇𝒊𝒓𝒔𝒕 𝒒𝒖𝒂𝒏𝒕𝒖𝒎 "Sì, lo so che è un errore di trascrizione"
𝗪𝗶𝗿𝗲𝗹𝗲𝘀𝘀 𝗲𝗹𝗲𝗰𝘁𝗿𝗶𝗰𝗮𝗹–𝗺𝗼𝗹𝗲𝗰𝘂𝗹𝗮𝗿 𝗾𝘂𝗮𝗻𝘁𝘂𝗺 𝘀𝗶𝗴𝗻𝗮𝗹𝗹𝗶𝗻𝗴 𝗳𝗼𝗿 𝗰𝗮𝗻𝗰𝗲𝗿 𝗰𝗲𝗹𝗹 𝗮𝗽𝗼𝗽𝘁𝗼𝘀𝗶𝘀
Un nuovo studio che esplora i potenziali benefici della stimolazione cognitiva attraverso l'olfatto rivela risultati promettenti sui benefici funzionali del cervello durante l'invecchiamento, e questo anche durante il sonno!
L'obiettivo principale dello studio era indagare se l'arricchimento olfattivo potesse avere un impatto positivo sulle funzioni cognitive negli anziani sani. I ricercatori hanno ipotizzato che l'accesso esclusivo dell'olfatto alle regioni cerebrali correlate alla memoria potesse normalizzare specifici circuiti mnestici, con potenziali benefici per le capacità cognitive.
Nonostante l'esposizione dei partecipanti a una varietà limitata di odori durante le sessioni notturne, lo studio ha prodotto risultati convincenti. I partecipanti arricchiti hanno mostrato un miglioramento del 226% nelle prestazioni al Rey Auditory Verbal Learning Test (rispetto a un gruppo di controllo), che valuta le capacità di apprendimento verbale e mnemoniche.
Più specificatamente, le scansioni fRMI pre-post DTI hanno evidenziato modifiche strutturali nel cervello, tra cui cambiamenti positivi nella regione del fascicolo uncinato, che solitamente si deteriora con l'invecchiamento e nelle condizioni neurodegenerative.
Lo studio ha inoltre rivelato che i partecipanti di età compresa tra 60 e 72 anni a cui è stato stimolato l'olfatto hanno riscontrato miglioramenti cognitivi più marcati rispetto alle loro controparti più anziane, il che suggerisce che i benefici dell'invecchiamento potrebbero essere ottenuti al meglio in modo proattivo.
La conclusione fondamentale è che potrebbe essere possibile migliorare in modo sicuro e accessibile la salute del cervello e le funzioni cognitive in modi rilevanti per le popolazioni anziane, sfruttando la stimolazione sensoriale passiva.
La stimolazione cerebrale profonda ha mostrato grandi potenzialità terapeutiche, ma tra gli ostacoli più significativi figurano la natura invasiva degli elettrodi impiantati e la scarsa precisione nel determinare quali neuroni eccitare. Un'importante svolta è stata pubblicata su Cell Reports, con la progettazione di fili stim-nanoelettronici ultraflessibili (StimNET).
Questo nuovo tipo di elettrodi è di un ordine di grandezza più piccolo rispetto agli impianti tradizionali e, di conseguenza, molto più preciso. L'articolo mostra prove sperimentali su ratti e studi clinici di prima fase che dimostrano che gli StimNET presentano diversi vantaggi chiave.
• Elettrodo ultraflessibile in grado di effettuare una stimolazione cronica precisa
• Attivazione neurale selettiva spazialmente a correnti ultra basse
• Rilevabilità comportamentale stabile per oltre 8 mesi
• Interfaccia tessuto-elettrodo intatta senza degenerazione neuronale
In particolare, anziché attivare grandi gruppi di neuroni, le StimNET possono stimolare selettivamente singoli neuroni. È un po' come dover inviare un messaggio a una persona in una stanza affollata e poterlo fare tramite una telefonata anziché tramite un altoparlante.
Oltre a dimostrare grandi potenzialità nel rendere pratica la stimolazione cerebrale profonda, la precisione selettiva di questa neurotecnologia consentirà ai ricercatori di apprendere con maggiore accuratezza quali tipi di stimolazione elettrica sono utili per specifiche condizioni neurologiche.
In una svolta neuroscientifica del 2023, per la prima volta la stimolazione cerebrale profonda ha dimostrato effetti promettenti nell'alleviare i sintomi del morbo di Alzheimer. Per essere efficace, è necessaria una precisione millimetrica nel posizionamento degli elettrodi, ed è difficile sapere esattamente su quali aree del cervello focalizzare la stimolazione in diverse patologie cerebrali.
I ricercatori della Harvard Medical School, specializzati nell'analisi di immagini di risonanza magnetica ad alta risoluzione del cervello, hanno combinato il loro approccio con modelli computerizzati, riuscendo a identificare con successo le posizioni ottimali per la stimolazione. Questo preciso "punto ottimale" tra le regioni mnemoniche intersecanti ha portato i partecipanti a beneficiare di una notevole riduzione dei sintomi.
Sono necessari ulteriori studi clinici prima che la DBS possa essere approvata per il trattamento, ma i dati pubblicamente disponibili nello studio ora consentono ai ricercatori di posizionare gli elettrodi con precisione negli studi neurochirurgici che sperimentano la DBS nei pazienti affetti da Alzheimer.
Un team di scienziati medici militari in Cina ha riferito di aver utilizzato con successo CRISPR/Cas9 per inserire un gene dei tardigradi nelle cellule staminali embrionali umane, aumentandone notevolmente la resistenza alle radiazioni.
Il tardigrado (noto anche come orso d'acqua) è lungo meno di 1 millimetro ed è la creatura più resistente sulla Terra. Dopo anni di test scientifici, è sopravvissuto allo spazio, a temperature di -200 gradi Celsius e a più di un'ora in acqua bollente.
I ricercatori hanno riferito che quasi il 90% delle cellule embrionali umane è sopravvissuto a un'esposizione letale ai raggi X. I risultati sono molto sorprendenti, dato che la combinazione di un divario genetico così ampio porta in genere solo a mutazioni dannose, e dimostrano potenzialmente la capacità di CRISPR di andare oltre i tradizionali esperimenti genetici.
Sebbene tecnicamente legale attraverso l'uso di cellule staminali create artificialmente, la ricerca è anche molto controversa: l'obiettivo a lungo termine è quello di sviluppare soldati super resistenti in grado di sopravvivere alle ricadute nucleari. Uno dei progetti futuri del team è quello di trasformare le cellule infuse di tardigrado in cellule emopoietiche, in modo che possano essere inserite nel midollo osseo per generare nuove cellule resistenti alle radiazioni.
D'altro canto, i geni del tardigrado potrebbero apportare anche altri benefici agli esseri umani, come ad esempio svolgere un ruolo protettivo nel DNA cellulare contro lo stress ossidativo, fondamentale per lo sviluppo di molte malattie, tra cui il cancro, l'invecchiamento, il diabete, l'infiammazione e il morbo di Parkinson.
Gli scienziati inseriscono il DNA tardigrado nelle cellule staminali umane
Un team di ricercatori dell'Università di Osaka ha sviluppato una tecnica rivoluzionaria in grado di creare immagini ad altissima risoluzione di cellule e tessuti utilizzando l'intelligenza artificiale (IA). Il team ha utilizzato la diffusione stabile per analizzare le scansioni cerebrali di soggetti sottoposti a test, a cui sono state mostrate fino a 10.000 immagini mentre erano all'interno di una macchina per la risonanza magnetica.
Il nuovo metodo, denominato "Deep-Z", utilizza algoritmi di apprendimento profondo per estrarre informazioni dettagliate da immagini a bassa risoluzione, consentendo la creazione di immagini ad alta risoluzione con dettagli più accurati.
Questa tecnologia rivoluzionaria ha implicazioni significative per la ricerca biomedica, poiché consente agli scienziati di studiare cellule e tessuti con un livello di dettaglio senza precedenti. Il team ha testato il suo metodo su vari tipi di cellule e tessuti, inclusi quelli del cervello, della retina e dei polmoni, ottenendo risultati superiori alle tecniche esistenti.
Uno degli aspetti più entusiasmanti del metodo Deep-Z è il suo potenziale utilizzo nella diagnosi e nel trattamento medico. Producendo immagini ad alta risoluzione di cellule e tessuti, i medici potrebbero potenzialmente identificare malattie in fase iniziale e sviluppare piani di trattamento più mirati.
Questo modello potrebbe essere utilizzato anche con dispositivi di scansione cerebrale diversi dalla risonanza magnetica, come l'elettroencefalogramma (EEG), o con tecnologie iperinvasive come gli impianti cervello-computer sviluppati da Neuralink.
Nel complesso, la tecnica Deep-Z rappresenta un significativo passo avanti nel campo dell'imaging biomedico e ha il potenziale per rivoluzionare la ricerca e il trattamento medico.
Quest'anno un team di biologi e informatici ha sviluppato macchine biologiche auto-riparanti di dimensioni inferiori a 1 mm, ricavate da cellule di rana. Queste macchine sono chiamate "Xenobot", ispirandosi alla minuscola rana artigliata africana, abbastanza piccola da poter viaggiare all'interno del corpo umano.
La tecnica prevede la raschiatura e l'incubazione di cellule staminali viventi da embrioni di rana, per poi rimodellarle in specifiche forme corporee progettate dall'intelligenza artificiale. La differenziazione cellulare porta alla formazione di celie, proiezioni luminose simili a capelli che vengono utilizzate come zampe per fornire un metodo di locomozione biologicamente innovativo.
È ancora presto per dirlo, ma gli Xenobot sono i primi robot viventi al mondo che sono anche programmabili. I recenti progressi hanno anche permesso di replicarli per rendere il processo più scalabile.
Alcune delle applicazioni previste degli Xenobot includono la somministrazione di farmaci altamente specifica e precisa, il trattamento di malattie localizzate come la rimozione di tumori cancerosi e persino un mezzo scalabile per ripulire i mari del mondo da plastica e particolato sintetici.
Per un approfondimento, ecco una spiegazione video di Sam Kriegman, un ricercatore post-dottorato che sviluppa software di intelligenza artificiale per guidare i comportamenti degli Xenobot.
Negli ultimi anni, la comunità scientifica è stata sempre più interessata al potenziale terapeutico delle sostanze psichedeliche. Tra queste, l'MDMA (3,4-metilenediossimetanfetamina), comunemente nota come ecstasy, è emersa come una promettente candidata per il trattamento del disturbo da stress post-traumatico (PTSD). In uno studio clinico innovativo pubblicato su Nature Medicine, i ricercatori hanno presentato prove convincenti che suggeriscono che la psicoterapia assistita da MDMA potrebbe rappresentare una svolta nel campo del trattamento del PTSD.
Lo studio clinico di Fase 3 ha previsto la somministrazione di mesi di psicoterapia tradizionale a pazienti con PTSD resistente al trattamento, assistiti da dosi moderate di MDMA. L'MDMA ha più che raddoppiato l'efficacia dei trattamenti psicoterapeutici, con la maggior parte dei pazienti che ha raggiunto la completa scomparsa dei sintomi e ha mostrato continui miglioramenti del benessere nel follow-up dello studio.
I risultati complessivi suggeriscono che le alterazioni delle funzioni cognitive correlate all'MDMA hanno notevolmente migliorato i benefici della terapia psicologica, sia in termini di reattività che di effetti positivi duraturi.
La psicofisica è un campo delle neuroscienze dedicato alla comprensione del modo in cui il cervello umano elabora la realtà sensoriale. Due delle scoperte più importanti e sorprendenti del 2023 sono state conseguite grazie a esperimenti di realtà virtuale (VR).
Il primo studio ha scoperto un nuovo fenomeno esperienziale chiamato "The Phantom Touch Illusion". Questo ha utilizzato semplici rappresentazioni avatar di persone in realtà virtuale, chiedendo poi ai partecipanti di toccare diverse parti del corpo del loro avatar con un bastone virtuale. Nell'esperimento, i partecipanti non sono stati effettivamente toccati in alcuna parte del loro corpo fisico, tuttavia quasi tutti hanno riferito forti sensazioni tattili corrispondenti al punto in cui avevano toccato il loro avatar. Gli effetti sono stati così intensi che alcuni dei partecipanti allo studio hanno creduto che i ricercatori stessero cercando di ingannarli e stessero effettivamente utilizzando una qualche forma di stimolazione tattile reale.
La cosa più sorprendente è che le sensazioni si sono verificate quando i soggetti hanno toccato parti degli arti dei loro avatar, anche quando non potevano effettivamente vederli nella realtà virtuale. Questo suggerisce che la rappresentazione del corpo è definita dall'alto verso il basso, estendendosi oltre le informazioni sensoriali disponibili.
Il secondo studio condotto da psicofisici svedesi ha condotto esperimenti di realtà virtuale dimostrando che, anche con minimi stimoli sensoriali, la nostra mente può prendere il controllo di un corpo diverso.
Utilizzando la realtà virtuale, hanno manipolato la prospettiva visiva dei partecipanti allo studio, facendoli apparire come se fossero quelli di un'altra persona o di un corpo artificiale. Questo è stato fatto in sincronia con segnali multisensoriali correlati. L'esperimento è stato sufficiente a innescare l'illusione che il corpo di un'altra persona, o un corpo artificiale, fosse il corpo reale dei partecipanti.
Secondo le parole dei ricercatori, ''Il nostro obiettivo è quello di aiutare i nostri pazienti a superare le difficoltà 𝗮𝗻𝗼𝘁𝗵𝗲𝗿 𝗽𝗲𝗿𝘀𝗼𝗻'𝘀 𝗯𝗼𝗱𝘆 𝘄𝗵𝗲𝗻 𝗳𝗮𝗰𝗶𝗻𝗴 𝘁𝗵𝗲𝗶𝗿 𝗼𝘄𝗻 𝗯𝗼𝗱𝘆 𝗮𝗻𝗱 𝘀𝗵𝗮𝗸𝗶𝗻𝗴 𝗵𝗮𝗻𝗱𝘀 Non mi piace. 𝗢𝘂𝗿 𝗿𝗲𝘀𝘂𝗹𝘁𝘀 𝗮𝗿𝗲 𝗼𝗳 𝗳𝘂𝗻𝗱𝗮𝗺𝗲𝗻𝘁𝗮𝗹 𝗶𝗺𝗽𝗼𝗿𝘁𝗮𝗻𝗰𝗲 𝗯𝗲𝗰𝗮𝘂𝘀𝗲 𝘁𝗵𝗲𝘆 𝗶𝗱𝗲𝗻𝘁𝗶𝗳𝘆 𝘁𝗵𝗲 𝗽𝗲𝗿𝗰𝗲𝗽𝘁𝘂𝗮𝗹 𝗽𝗿𝗼𝗰𝗲𝘀𝘀𝗲𝘀 𝘁𝗵𝗮𝘁 𝗽𝗿𝗼𝗱𝘂𝗰𝗲 𝘁𝗵𝗲 𝗳𝗲𝗲𝗹𝗶𝗻𝗴 𝗼𝗳 𝗼𝘄𝗻𝗲𝗿𝘀𝗵𝗶𝗽 𝗼𝗳 𝗼𝗻𝗲'𝘀 ''
Questi effetti sono stati confermati sia attraverso resoconti soggettivi strutturati sia attraverso analisi biometriche dettagliate.
Se fossi in te: illusione percettiva dello scambio di corpi
Nel complesso, queste scoperte rappresentano preziose intuizioni scientifiche su come il nostro cervello dà un senso al mondo in cui viviamo; tuttavia, hanno anche grandi implicazioni per il settore dell'intrattenimento VR in rapida crescita, promettendo nuovi modi per ottenere esperienze immersive di livello superiore.
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.
Date un'occhiata a queste eccellenti intuizioni sul ruolo delle neuroscienze nelle prestazioni sportive.
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