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Sebbene sia stato un anno difficile per la maggior parte dei campi della scienza, l' età d'oro delle neuroscienze ha continuato a prosperare a un ritmo accelerato per tutto il 2020. In particolare ci sono state molteplici scoperte di tipo fantascientifico per la mappatura del nostro cervello, importanti sviluppi per migliorare la salute umana all’età avanzata e all’alba di una nuova era delle neuroscienze basate sull’intelligenza artificiale. Diamo un'occhiata alle 9 delle principali scoperte neuroscientifiche dell'ultimo anno.
All'inizio di quest'anno gli scienziati del MIT hanno sviluppato una nuova tecnica per abbinare la mappatura strutturale (anatomia del cervello) con la mappatura funzionale (come si comporta il cervello) - la prima volta che questo è stato realizzato correttamente. Inoltre, ciò è stato fatto su topi vivi, con la mappatura eseguita in tutte le regioni del cervello dei topi in tempo reale. Questo video dà un'idea di quanto sia affascinante vedere l'accoppiamento delle strutture cerebrali e l'attività dal vivo cambiare in risposta a un topo che mostra immagini diverse.
La tecnica d'avanguardia combina la microscopia a tre fotoni con THG la mappatura retinotopica , consentendo di osservare l'attività attraverso il tessuto cerebrale profondo tramite firme elettriche.
Fornisce inoltre una risoluzione straordinaria, consentendo di studiare i singoli neuroni e le loro sottostrutture, nonché i vasi sanguigni sottili e la mielina , una sorta di isolante noto per essere un fattore critico nella velocità di elaborazione del cervello.
Questo studio si è concentrato sui centri visivi del cervello, ma lo stesso metodo può essere utilizzato per studiare altre regioni. Promette di essere un potente strumento per comprendere le differenze negli stati cerebrali sani e malati, nonché il modo in cui il cervello risponde alla stimolazione ambientale.
L'Università di Stanford ha fatto un passo avanti fondamentale con una nuova di microscopia bifocale chiamata COSMOS . Il loro lavoro ha catturato filmati di attività neurale in tutta la corteccia cerebrale di un cervello di topo.
Questi segnali sono stati registrati essenzialmente filmando il cervello da tre diverse angolazioni, quindi estraendo computazionalmente i segnali per fornire un video in diretta dell’attività macroscopica sugli emisferi sinistro e destro. Ecco un esempio in cui si vede letteralmente la straordinaria tempesta elettrica di un vero cervello in azione.
Mentre la corteccia gestisce complesse funzioni cognitive di livello superiore, comportamenti più misteriosi come i processi decisionali possono ora iniziare a essere svelati in modo globale. Ad esempio per comprendere la relazione tra decisioni dipendenti dalla percezione sensoriale e dalla funzione motoria (si pensi a cosa implica decidere in che modo schivare un'auto in arrivo).
I ricercatori si aspettano inoltre che COSMOS diventi un metodo a basso costo per lo screening degli effetti degli psicofarmaci, in modo che possano essere sviluppati per essere più efficaci dal punto di vista funzionale.
Come abbiamo spiegato in un blog precedente Deep Mind di Google è arrivato imitando le colonne neocorticali della mente umana. Ciò ha portato a un notevole aumento dell’intelligenza utilizzando una frazione della potenza di calcolo. Di conseguenza, questa IA modellata sull'uomo ha ora superato i migliori giocatori di scacchi, Go e poi di eSports al mondo nei loro giochi.
Anche se non del tutto compreso, il sonno svolge una funzione fondamentale per il cervello dei mammiferi e dell’uomo, con seri problemi che si verificano ogni volta che si sopporta la privazione del sonno Quest’anno il Los Alamos National Laboratory ha scoperto che le reti computazionali dei sistemi di intelligenza artificiale soffrono anche di una sorta di privazione del sonno, diventando instabili quando lavorano per lunghi periodi senza riposarsi. Tuttavia, quando vengono messi in uno stato di rete simile alle onde cerebrali che sperimentiamo durante il sonno, vengono ripristinate le prestazioni ottimali.
Potrebbe non sembrare un grosso problema, ma è probabile che i progressi nell’intelligenza artificiale trasformino il modo in cui viviamo. I risultati suggeriscono anche che la fusione delle discipline delle neuroscienze e del campo dell’intelligenza artificiale potrebbe dare vita a una nuova era di computer super intelligenti.
Un minuscolo dispositivo cerebrale è stato utilizzato per migliorare la qualità della vita dei pazienti con grave paralisi degli arti superiori causata dalla malattia dei motoneuroni. Condotto presso l'Università di Melbourne, questo studio ha impiantato la nuova microtecnologia nel cervello dei partecipanti.
Il dispositivo chiamato Stentrode™ è stato inserito attraverso un intervento chirurgico nel collo e da lì si è spostato nella corteccia motoria attraverso i vasi sanguigni. Questo metodo minimamente invasivo evita i rischi associati e le complicazioni di recupero della chirurgia cerebrale aperta.
L'impianto utilizza la tecnologia wireless per trasmettere l'attività neuronale specifica a un computer, dove viene convertita in azioni basate sulle intenzioni dei pazienti. Sorprendentemente, questo minuscolo chip ha permesso ai pazienti di eseguire azioni come fare clic e ingrandire e scrivere con una precisione del 93%, aiutandoli a fare cose che diamo per scontate come inviare messaggi di testo, e-mail e fare acquisti online.
Siamo ancora agli inizi, ma la natura minimamente invasiva del trattamento mostra il grande potenziale delle microneurotecnologie per aiutare le persone con tutti i tipi di disturbi cognitivi.
Nel 2018 abbiamo riferito che gli scienziati hanno imparato come riprogrammare le cellule staminali in neuroni specifici. Quest’anno i ricercatori di quattro diverse università statunitensi hanno compiuto un passo più grande verso il Santo Graal dell’estensione della vita. Identificando le reti di geni che regolano la rigenerazione cellulare, sono stati in grado di manipolare le cellule normali per trasformarle in cellule progenitrici , che possono trasformarsi in qualsiasi tipo di cellula per sostituire le cellule morenti.
La loro prova di concetto è stata effettuata con le cellule gliali del pesce zebra, convertendole efficacemente in cellule staminali che hanno poi rilevato e ripristinato le cellule retiniche danneggiate per recuperare la vista compromessa.
La morte cellulare, o apoptosi , gioca un ruolo importante nell’inevitabile invecchiamento naturale degli esseri umani. I ricercatori ritengono che il processo di rigenerazione dei neuroni nel cervello sarà simile. Se avrà successo, avrà vaste implicazioni per patologie come il morbo di Alzheimer, in cui vaste regioni del cervello possono andare perdute a causa della morte dei neuroni. Potrebbe anche svolgere un ruolo nel prevenire i numerosi effetti collaterali dell’invecchiamento naturale del cervello, per vivere più a lungo e in modo più sano e in perfetta forma fino alla vecchiaia.
Invece di sostituire le cellule morenti, gli scienziati dell’Università di Heidelberg hanno identificato i processi chiave coinvolti nella morte delle cellule cerebrali, chiamati neurodegenerazione . Si trattava di scoprire il processo mediante il quale l’assorbimento cellulare del glutammato previene la morte cellulare nelle persone sane, ma diventa inattivo in uno stato patologico come un ictus, in cui l’apporto di ossigeno alle cellule cerebrali viene limitato.
In effetti questo porta le cellule ad uccidersi semplicemente perché non ricevono i segnali chimici corretti per dire loro di rimanere in vita. I ricercatori hanno poi sviluppato una classe speciale di inibitori in grado di intervenire e disattivare il "complesso della morte" cellulare prima che si verifichi.
Gli inibitori si sono rivelati altamente efficaci nel proteggere le cellule nervose, e si spera che portino a una nuova classe di opzioni terapeutiche per le malattie neurodegenerative.
I ricercatori dell'Università di Aarhus hanno utilizzato tecniche avanzate di imaging PET e MRI per rivelare che la malattia di Parkinson è in realtà una delle due diverse varianti della malattia .
In una variante la malattia inizia nell'intestino e si diffonde poi al cervello attraverso le connessioni neurali. Nell'altro, inizia nel cervello e poi si sposta nell'intestino e in altri organi. Questo video offre un'ottima panoramica.
Sebbene non sia curativo, è un passo importante nella giusta direzione per poter identificare l'insorgenza precoce della malattia per misure preventive. Ad esempio, potrebbe portare a trattamenti che impediscano alla malattia di raggiungere del tutto il cervello, dove gli effetti diventano debilitanti nel tempo. È anche un altro pezzo chiave nel puzzle della potente simbiosi tra il nostro intestino e la nostra mente, conosciuta scientificamente come asse intestino-cervello .
Gli scienziati dell’Università di Cambridge e dell’Imperial College di Londra hanno sviluppato un nuovo tipo di algoritmo di intelligenza artificiale in grado di rilevare, differenziare e identificare diversi tipi di lesioni cerebrali dai dati della scansione TC topografica.
Le scansioni TC raccolgono un'enorme quantità di dati la cui analisi può richiedere ore agli esperti, e ciò deve includere la valutazione collettiva di più scansioni nel tempo al fine di tracciare le traiettorie di recupero o la progressione della malattia. Questo nuovo strumento di intelligenza artificiale sembra essere migliore degli esperti umani nel rilevare tali cambiamenti, oltre ad essere molto più rapido ed economico.
Ad esempio, la loro ricerca ha dimostrato che il software è molto efficace nel quantificare automaticamente la progressione di più tipi di lesioni cerebrali, aiutando a prevedere quali lesioni sarebbero diventate più grandi. L’applicazione innovativa di questo tipo di intelligenza artificiale per assistere l’analisi umana sarà probabilmente la prima di molte che trasformeranno la diagnostica medica in modo economicamente vantaggioso.
I super-anziani sono individui le cui capacità cognitive sono ben oltre quelle dei loro coetanei in età avanzata, conservando le capacità mentali giovanili fino ai 70 e agli 80 anni. Fino ad ora il segreto per mantenere la loro forma ottimale è stato poco compreso.
L'Ospedale universitario di Colonia e il Centro di ricerca Juelich hanno scoperto una differenza fondamentale nella loro biologia . Utilizzando le scansioni PET hanno rivelato che i super-ager hanno una resistenza notevolmente aumentata alle tau e amiloide . Fino agli ultimi anni queste proteine si sono rivelate difficili da studiare.
I super-anziani hanno anche livelli più bassi di patologia tau e amiloide, che a sua volta porta a vari tipi di neurodegenerazione nella maggior parte delle persone negli anni successivi. È stato ora identificato che la ridotta resistenza all'accumulo di tau e amiloide è un fattore biologico primario per la perdita del picco della forma cognitiva.
Una nuova ricerca può concentrarsi su questi processi per trovare modi per curare il declino mentale in generale, nonché per aiutare a sviluppare terapie per proteggere dalle forme di demenza che si stanno già verificando.
Ci auguriamo che tu abbia trovato interessanti questi punti salienti delle neuroscienze. Se desideri saperne di più sullo straordinario ritmo dei progressi nel campo delle neuroscienze, leggi anche i nostri blog sui punti salienti degli ultimi tre anni.
Le 3 migliori storie di neuroscienza strabilianti del 2019
5 scoperte neuroscientifiche del 2018
7 principali sviluppi nelle neuroscienze del 2017
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Ecco alcune affascinanti scoperte neuroscientifiche sul cervello umano che potresti non conoscere.
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