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Sebbene sia stato un anno difficile per la maggior parte dei campi scientifici, l' età dell'oro delle neuroscienze ha continuato a prosperare a ritmo accelerato per tutto il 2020. In particolare, si sono registrate numerose scoperte degne di un film di fantascienza nella mappatura del nostro cervello, importanti sviluppi per migliorare la salute umana nella terza età e l'alba di una nuova era delle neuroscienze basate sull'intelligenza artificiale. Diamo uno sguardo a 9 delle principali scoperte nel campo delle neuroscienze di quest'anno.
All'inizio di quest'anno, gli scienziati del MIT hanno sviluppato una nuova tecnica per abbinare la mappatura strutturale (anatomia cerebrale) alla mappatura funzionale (come si comporta il cervello): è la prima volta che questo risultato viene raggiunto correttamente. Inoltre, questo è stato ottenuto su topi vivi, con la mappatura eseguita in tempo reale su tutte le regioni cerebrali. Questo video dà un'idea di quanto sia affascinante osservare l'associazione tra strutture cerebrali e attività in vivo cambiare in risposta alla visione di immagini diverse su un topo.
La tecnica all'avanguardia combina la microscopia a tre fotoni con generazione di terza armonica (THG) con la mappatura retinotopica, consentendo di osservare l'attività attraverso il tessuto cerebrale profondo tramite firme elettriche.
Offre inoltre una risoluzione straordinaria, che consente di studiare i singoli neuroni e le loro sottostrutture, così come i sottili vasi sanguigni e la mielina , una sorta di isolante noto per essere un fattore critico nella velocità di elaborazione cerebrale.
Questo studio si è concentrato sui centri visivi del cervello, ma lo stesso metodo può essere utilizzato per studiare altre regioni. Promette di essere uno strumento potente per comprendere le differenze tra stati cerebrali sani e patologici, nonché come il cervello risponde agli stimoli ambientali.
L'Università di Stanford ha compiuto una svolta fondamentale con una nuova di microscopia bifocale tecnica COSMOS. Il loro lavoro ha catturato filmati dell'attività neurale nell'intera corteccia cerebrale di un topo.
Questi segnali sono stati registrati essenzialmente filmando il cervello da tre diverse angolazioni, per poi estrarne i segnali computazionalmente e ottenere un video in diretta dell'attività macroscopica degli emisferi destro e sinistro. Ecco un esempio in cui si può letteralmente osservare la straordinaria tempesta elettrica di un vero cervello in azione.
Poiché la corteccia cerebrale gestisce funzioni cognitive complesse di livello superiore, è ora possibile iniziare a svelare in modo globale comportamenti più misteriosi come i processi decisionali. Ad esempio, per comprendere la relazione tra le decisioni che dipendono dalla percezione sensoriale e dalla funzione motoria (si pensi a cosa implica decidere in quale direzione schivare un'auto in arrivo).
I ricercatori prevedono inoltre che COSMOS costituisca un metodo a basso costo per lo screening degli effetti dei farmaci psichiatrici, in modo da poterli sviluppare in modo più efficace dal punto di vista funzionale.
Come abbiamo spiegato in un precedente articolo, una svolta fondamentale per DeepMind è arrivata grazie alla simulazione delle colonne neocorticali della mente umana. Ciò ha portato a un notevole incremento dell'intelligenza utilizzando una frazione della potenza di calcolo. Di conseguenza, questa IA modellata sull'essere umano ha ora superato i migliori giocatori al mondo di scacchi, Go e di eSports nei loro stessi giochi.
Sebbene non sia ancora del tutto chiaro, il sonno svolge una funzione fondamentale per il cervello dei mammiferi e dell'uomo, e ogni volta privazione del sonno . Quest'anno il Los Alamos National Laboratory ha scoperto che anche le reti computazionali a picchi dei sistemi di intelligenza artificiale soffrono di una forma di privazione del sonno, diventando instabili quando lavorano per lunghi periodi senza pause. Tuttavia, quando vengono messe in uno stato di rete simile alle onde cerebrali che sperimentiamo durante il sonno, le prestazioni ottimali vengono ripristinate.
Potrebbe non sembrare una novità, ma è probabile che i progressi nell'intelligenza artificiale trasformino il modo in cui viviamo. I risultati suggeriscono anche che la fusione tra neuroscienze e 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 affetti da grave paralisi degli arti superiori causata da malattia del motoneurone. Condotto presso l'Università di Melbourne, questo studio ha impiantato la nuova microtecnologia all'interno del cervello dei partecipanti.
Il dispositivo chiamato Stentrode™ è stato inserito nel collo tramite chirurgia laparoscopica e da lì è stato trasportato nella corteccia motoria attraverso i vasi sanguigni. Questo metodo mini-invasivo evita i rischi e le complicazioni post-operatorie associati alla chirurgia cerebrale a cielo aperto.
L'impianto utilizza la tecnologia wireless per trasmettere un'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 cliccare e ingrandire, e di scrivere con una precisione del 93%, aiutandoli a fare cose che diamo per scontate come messaggi, e-mail e acquisti online.
È ancora molto presto, ma la natura minimamente invasiva del trattamento dimostra il grande potenziale delle microneurotecnologie per aiutare le persone con ogni tipo di deficit cognitivo.
Nel 2018 abbiamo riferito che gli scienziati hanno scoperto come riprogrammare le cellule staminali in neuroni specifici. Quest'anno, ricercatori di quattro diverse università statunitensi hanno compiuto un passo più importante verso il Sacro Graal dell'estensione della vita. Identificando le reti geniche 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 dimostrazione di concetto è stata effettuata utilizzando le cellule gliali del pesce zebra, convertendole di fatto in cellule staminali che hanno poi individuato e ripristinato le cellule retiniche danneggiate per recuperare la vista compromessa.
La morte cellulare, o apoptosi, gioca un ruolo fondamentale nell'inevitabile processo di invecchiamento naturale negli esseri umani. I ricercatori ritengono che il processo di rigenerazione dei neuroni nel cervello sarà simile. Se coronato da successo, avrebbe enormi implicazioni per patologie come il morbo di Alzheimer, in cui ampie regioni del cervello possono andare perdute a causa della morte dei neuroni. Potrebbe inoltre contribuire a prevenire i numerosi effetti collaterali dell'invecchiamento cerebrale, consentendo una vita più lunga e sana, mantenendo una forma fisica ottimale anche in età avanzata.
Invece di sostituire le cellule morenti, gli scienziati dell'Università di Heidelberg hanno identificato i processi chiave coinvolti nella morte delle cellule cerebrali, chiamata neurodegenerazione. Hanno scoperto il processo attraverso il quale l'assorbimento cellulare del glutammato previene la morte cellulare nelle persone sane, ma diventa inattivo in condizioni patologiche come l'ictus, dove l'apporto di ossigeno alle cellule cerebrali risulta limitato.
In effetti, questo porta le cellule a distruggersi da sole semplicemente perché non ricevono i segnali chimici corretti che le indichino come sopravvivere. I ricercatori hanno quindi sviluppato una speciale classe di inibitori in grado di intervenire e disattivare il "complesso di morte" cellulare prima che si verifichi.
Gli inibitori si sono dimostrati molto efficaci nel proteggere le cellule nervose, il che, auspicabilmente, porterà a una nuova classe di opzioni terapeutiche per le malattie neurodegenerative.
I ricercatori dell'Università di Aarhus hanno utilizzato tecniche di imaging PET e MRI avanzate per rivelare che il morbo di Parkinson è in realtà costituito da due diverse varianti della malattia.
In una variante, la malattia inizia nell'intestino, diffondendosi poi al cervello attraverso le connessioni neurali. Nell'altra, inizia nel cervello e poi si diffonde all'intestino e ad altri organi. Questo video offre un'ottima panoramica.
Sebbene non sia una cura definitiva, rappresenta un importante passo avanti nella giusta direzione per poter identificare precocemente l'insorgenza della malattia e adottare misure preventive. Ad esempio, potrebbe portare a trattamenti in grado di impedire alla malattia di raggiungere il cervello, dove poi i suoi effetti diventano debilitanti nel tempo. È inoltre un altro tassello fondamentale nel complesso puzzle della potente simbiosi tra intestino e mente, scientificamente nota 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 a partire dai dati della TAC topografica.
Le TAC raccolgono un'enorme quantità di dati, la cui analisi può richiedere ore agli esperti, e questo richiede la valutazione collettiva di più TAC nel tempo per monitorare le traiettorie di recupero o la progressione della malattia. Questo nuovo strumento di intelligenza artificiale sembra essere più efficace degli esperti umani nel rilevare tali cambiamenti, oltre a essere molto più rapido ed economico.
Ad esempio, la loro ricerca ha dimostrato che il software è altamente efficace nel quantificare automaticamente la progressione di diversi tipi di lesioni cerebrali, aiutando a prevedere quali lesioni si sarebbero estese. L'applicazione innovativa di questo tipo di intelligenza artificiale a supporto dell'analisi umana sarà probabilmente la prima di molte che trasformeranno la diagnostica medica in modi economicamente vantaggiosi.
I super-anziani sono individui le cui capacità cognitive superano di gran lunga quelle dei loro coetanei in età avanzata, mantenendo capacità mentali giovanili anche dopo i 70 e gli 80 anni. Finora il segreto per mantenere la forma fisica ottimale è stato poco compreso.
L'Ospedale Universitario di Colonia e il Centro di Ricerca Jüelich hanno scoperto una differenza fondamentale nella loro biologia. Utilizzando scansioni PET, hanno rivelato che i super-anziani presentano una resistenza notevolmente aumentata alle tau e amiloidi. Fino a pochi anni fa, queste proteine si erano rivelate difficili da studiare.
I super-anziani presentano anche livelli più bassi di tau e amiloide, che a loro volta portano a vari tipi di neurodegenerazione nella maggior parte delle persone in età avanzata. È stato ora identificato che una ridotta resistenza all'accumulo di tau e amiloide è un fattore biologico primario per la perdita di una forma cognitiva ottimale.
Nuove ricerche possono concentrarsi su questi processi per trovare modi di curare il declino mentale in generale e per contribuire a sviluppare terapie che proteggano dalle forme di demenza già presenti.
Ci auguriamo che abbiate trovato interessanti questi momenti salienti delle neuroscienze. Se desiderate saperne di più sul ritmo straordinario dei progressi in questo campo, leggete anche i nostri blog sui momenti salienti degli ultimi tre anni.
Le 3 storie più strabilianti sulle neuroscienze del 2019
5 scoperte neuroscientifiche del 2018
7 importanti sviluppi nelle neuroscienze del 2017
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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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