SF - Scienza di Frontiera

Linearità

2012-02-24T14:30:00.000+01:00

E' un po’ che non mi concedo un post umoristico per cui voglio rimediare subito. Ciò che state per vedere gira tra gli studenti di fisica del secondo anno qui a Torino. Se nella vostra vita avete studiato un po’ di geometria e algebra lineare o comunque avete avuto a che fare con la matematica a livello universitario, penso che lo apprezzerete! ;). A pochi giorni dal termine del festival di San Remo ho l'onore di presentarvi l'ultima fatica de "Il complesso", anche detto a+ib, con a= M. Teresa Ascione, b= M. Altavilla e c(cameraman) = Gabriele Blasco. (Potete trovare il testo della canzone sulla pagina di youtube del video).

Un futuro di vetro - A day made of glass 2

2012-02-22T00:00:00.006+01:00

Nel post precedente, parlando delle mille possibili applicazioni del grafene, ho citato l'elettronica integrata in vetri e specchi; ciò che voglio mostrarvi oggi è proprio un video che mostra le potenzialità di questo tipo di tecnologia nel trasformare la nostra vita quotidiana nei prossimi anni. L’anno scorso "A day made of glass", cortometraggio pubblicitario della Corning (l’azienda produttrice del "Gorilla Glass" utilizzato dagli iPhone), che ipotizzava un "futuro tecnologico di vetro", aveva avuto un successo clamoroso catturando l’immaginazione di milioni di persone. In questi giorni è stata rilasciata la seconda puntata, "A Day made of Glass 2". Detto questo non mi resta che augurarvi buona visione e lasciare che vi immergiate in questa affascinante "giornata di vetro" che potrebbe diventare realtà quotidiana nel giro di pochi anni.

Grafene - Un materiale per il futuro

2012-02-21T00:00:00.018+01:00

Il grafene è senza dubbio uno dei materiali più rivoluzionari su cui, attualmente, si concentra la ricerca scientifica e tecnologica. A testimonianza del grande interesse che la comunità scientifica nutre nei confronti di questo materiale basti ricordare che, nel 2010, i fisici Andre Geim e Konstantin Novoselov sono stati insigniti del premio Nobel per la Fisica proprio "per i pionieristici esperimenti riguardanti il grafene". Questo materiale, composto da fogli di carbonio disposti a "nido d’ape" e spessi un solo atomo, ha infatti proprietà straordinarie; non solo dal punto di vista elettrico, ma anche da quello ottico, termico e meccanico. Le proprietà uniche del grafene potrebbero far fare grandi balzi in avanti alla tecnologia in quasi qualunque campo con applicazioni che vanno dall'elettronica pieghevole e superveloce alle interfacce neurali biocompatibili. Per darvi un idea delle potenzialità di questo materiale voglio citarvi due recenti notizie riguardanti proprio le applicazioni del grafene ai biosensori per l'elettrofisiologia e all'elettronica.
Poco più di un mese fa alcuni ricercatori della "Technische Universität München" hanno realizzato un piccolissimo dispositivo elettronico al grafene, in grado di captare e registrare i segnali elettrici prodotti dalle cellule. I risultati della loro sperimentazione sono riportati nella prestigiosa rivista "Advanced Materials". Da anni gli scienziati che lavorano nel campo della bioelettronica tentano di produrre sensori che siano in grado di ricevere, e, possibilmente, anche di trasmettere, segnali alle cellule. Storicamente i segnali elettrofisiologici prodotti delle cellule sono stati studiati soprattutto con dispositivi basati sulla tecnologia del silicio. Tuttavia, questo materiale, essendo rigido e incompatibile con i substrati flessibili oltre che inadatto a operare in ambienti acquosi come i sistemi biologici, non può essere integrato nei tessuti animali. Il grafene, al contrario, è chimicamente stabile e pertanto non reagisce con le altre molecole né subisce variazioni se messo a contatto con l’ambiente cellulare. E' per questo, oltre che per le sue ottime caratteristiche elettriche, che il grafene è un materiale davvero ideale per la produzione di sensori bioelettronici.
Ma è ovviamente l'elettronica per il "computing" il campo che il grafene potrebbe rivoluzionare in modo più radicale, anche in questo caso, sostituendo gradualmente il silicio. L'avvento dell'era dell'elettronica al grafene non solo farà fare un balzo in avanti a miniaturizzazione, velocità di calcolo ed efficienza energetica dei microprocessori ma potrebbe anche aprire la strada alla realizzazione di dispositivi elettronici pieghevoli e potenzialmente integrabili in quasi qualunque oggetto, da vetri e specchi fino a tessuti ed abiti. Un primo passo in questo senso risale alla scorsa estate, quando un team di ricercatori della IBM è riuscito a costruire il primo circuito integrato di grafene. Sfortunatamente questi transistor non potevano essere “compattati” a formare un circuito integrato perché il grafene, anche nel suo stato più isolante, faceva passare troppa corrente causando la fusione degli altri componenti del circuito in pochi secondi. All’inizio di questo mese però è stato pubblicato un articolo che offre una soluzione al problema. Assemblando più strati di grafene a formare transistor tridimensionali (cioè accostando strati di grafene non complanari ma sovrapposti verticalmente) è stato realizzato un nuovo dispositivo chiamato “transistor verticale a effetto tunnel di campo” che è adatto a realizzare circuiti integrati. Il Dottor Leonid Ponomarenko, uno degli autori dello studio, ha dichiarato: “abbiamo fornito un approccio concettualmente nuovo all’elettronica al grafene; il nostro transistor funziona già piuttosto bene, ma ritengo che ci sia spazio per molto miglioramento. Ad esempio si potrebbe ridurne la dimensione a pochi nanometri e si potrebbe fare in modo che operi a frequenze prossime ai teraherz”.

E' per cogliere al volo le grandi prospettive scientifiche, tecnologiche ed industriali aperte dal grafene che è nato il progetto europeo "Graphene-Driven Revolutions in ICT and Beyond" (Graphene) (a questo indirizzo il sito ufficiale). Il progetto Graphene è un altro dei candidati al finanziamento FET Flagship; il suo obbiettivo è quello di riunire una comunità interdisciplinare di ricercatori europei che, in collaborazione con l'industria, punti a sviluppare tecnologie radicalmente innovative nel campo dell'ITC ("information and communication technology"). Questo permetterebbe di sfruttare appieno le proprietà di questo straordinario materiale per dare vita ad una vera e propria rivoluzione tecnologica che vedrebbe l'Europa in prima linea.
Voglio concludere questo post con un bel servizio di "Super Quark" che contiene una interessante intervista a Valeria Nicolosi, una giovane ricercatrice italiana emigrata all'estero che parteciperà, insieme al gruppo da lei diretto, al progetto Graphene.

OCSO - Le nuove "pagine gialle" della scienza online

2012-02-20T19:25:00.000+01:00

Da qualche giorno è nato l'OCSO: l’"Osservatorio sulla Comunicazione della Scienza Online", un database dove sono indicizzati tutti i siti e blog che trattano di scienza in lingua italiana. Queste "Pagine Gialle" della comunicazione scientifica potrebbero diventare una grande risorsa per gli appassionati di scienza in rete. Come scrive l'autore sul sito:

"L’Osservatorio sulla Comunicazione della Scienza Online (OCSO) nasce come un modesto tentativo di organizzare le risorse di comunicazione della scienza disponibili su internet esclusivamente in lingua italiana. Vuole diventare uno strumento per mettere in evidenza i protagonisti della comunicazione della scienza online, un punto di incontro per i comunicatori della scienza ma anche per chi è appassionato o curioso di scienza."

Questo bel progetto è frutto del lavoro di Emiliano Peña, che per la sua tesi di master presso l’Università di Padova (disponibile qui) ha setacciato la rete alla ricerca di blogger, ricercatori e giornalisti autori della divulgazione scientifica online. A questo indirizzo (o cliccando sul badge nella colonna in basso a destra) potete vedere la scheda di "Scienza di Frontiera" con una breve intervista al sottoscritto a proposito del blog che state leggendo.

HCP - L'approccio "macro" alla connettomica

2012-02-17T00:00:00.016+01:00

In numerosi post precedenti si è parlato di connettomica (ad esempio qui e qui). In queste occasioni abbiamo sempre definito il connettoma come una "mappa" delle migliaia di miliardi di connessioni tra i neuroni di un cervello. Questo tipo di connettoma a livello di singoli neuroni e sinapsi viene spesso chiamato connettoma "neurale". Le potenzialità scientifiche insite nello studio di questo tipo di connettoma, come già abbiamo detto più volte sono immense, tuttavia, almeno al momento, la mappatura del cervello con una risoluzione spaziale sufficiente all'acquisizione di un connettoma neurale rimane una sfida tecnologica ardua. Esiste un altro tipo di connettoma, più facilmente accessibile con la tecnologia attuale, il connettoma "regionale". Un connettoma di questo tipo anziché mappare le connessioni tra singole cellule neurali specifica i collegamenti tra le varie macro-regioni (come ad esempio le varie "aree" della corteccia celebrale") di un cervello. La risoluzione di un simile connettoma può variare molto, da frazioni di centimetro a qualche micrometro: un singolo pixel (o meglio "voxel", perché stiamo parlando di pixel tridimensionali) di un connettoma regionale può rappresentare migliaia o addirittura centinaia di migliaia di neuroni. Un simile "schema di connessione", nonostante la sua risoluzione relativamente bassa, promette di regalarci una vera e propria svolta nella comprensione del cervello. Infatti molti neuroscienziati pensano che numerosi processi di elaborazione dell'informazione alla base dell'intelligenza e delle funzioni cognitive superiori si svolgano proprio tra quelle micro-regioni del cervello dette "colonne corticali". Queste strutture di cui è composta l'intera neocorteccia costituirebbero una sorta di "unità funzionale universale" della corteccia cerebrale. Poiché la loro larghezza si aggira proprio sui proprio 500 µm, esse risultano distinguibili in un connettoma regionale. E' chiaro quindi come studiarne le interconnessioni sia di grande interesse, permettendo di scoprire quali "circuiti cerebrali" siano alla base di specifiche funzioni cognitive. Inoltre i connettomi regionali, a differenza di quelli neurali, sono realizzabili in vivo in modo "non distruttivo", rapido ed economico, tramite comuni scanner a risonanza magnetica. Questo permette di studiarne comodamente l'evoluzione nel tempo su modelli umani. Per chi fosse interessato ad approfondire questi discorsi è disponibile online (a questo indirizzo) lo storico ed interessante articolo, pubblicato su "PLoS Computational Biology", che nel 2005 ha coniato il termine "connettoma".

Attualmente è in corso di svolgimento un grande progetto di connettomica regionale: lo "Human Connectome Project" (HCP). Finanziato dall'americano "National Institute of Health", il suo scopo è proprio quello di accelerare il progresso della connettomica (regionale) umana migliorando le capacità di imaging e di analisi dei dati. Lo HCP inoltre mapperà completamente i macrocircuiti regionali di 1200 adulti sani usando metodi di neuroimaging all'avanguardia. Raccogliendo in contemporanea dati genetici e comportamentali su questi soggetti sarà anche possibile chiarire meglio la relazione tra comportamento, caratteristiche genetiche e struttura dei circuiti regionali. Il progetto verrà svolto in due fasi da un consorzio di 11 istituzioni. Nella fase I(della durata di due anni, dall'autunno 2010 alla primavera 2012), attualmente in corso, stanno venendo sviluppate ed ottimizzate le tecniche di acquisizione ed elaborazione dati. Nella fase II (della durata di circa quattro anni, a partire dall'estate 2012) inizierà la raccolta dati che si svolgerà in parallelo con la loro elaborazione. I risultati saranno pubblicati ad intervalli regolari fino al completamento del progetto.

Ping pong cosmico

2012-02-14T16:53:00.001+01:00

Oggi voglio presentarvi "Urania" il notiziario di astronomia ed astronautica dell'INAF ("Istituto Nazionale di Astrofisica"; qui il bel sito ufficiale dell'ente). Urania è un interessante progetto di divulgazione attivo fin dal 2000. Sul nuovo sito (qui) potrete trovare, ogni settimana, un interessante video di news riguardanti il mondo della ricerca astronomica e spaziale. La puntata di questa settimana si intitola "Ping pong tra le stelle"; in questi mesi, grazie alle eccellenti prestazioni scientifiche del telescopio spaziale Kepler (di cui abbiamo già parlato qui), si stanno scoprendo decine di pianeti extrasolari di tipo terrestre, alcuni dei quali situati in sistemi stellari del tutto diversi dal nostro. In questo contesto si inserisce un sorprendente studio che, basandosi su complesse simulazioni effettuate tramite supercomputer, ha mostrato la possibilità dell'esistenza di pianeti intrappolati tra due stelle, che passano da una all’altra proprio come una pallina da ping pong. Un pianeta che si trova in un sistema binario, cioè formato da due stelle in orbita l'una attorno all’altra può sfuggire all’attrazione di una stella per essere subito catturato dall’attrazione dell’altra.

RoboCom - La robotica a un punto di svolta?

2012-02-13T00:00:00.011+01:00

Ormai diversi indicatori mostrano come l'industria della robotica si stia avviando su una strada di sviluppo esponenziale non diverso da quello descritto dalla legge di Moore per quanto riguarda l'elettronica. Tecnologie fondamentali come quelle di intelligenza artificiale, accumulo di energia, hardware, sensoristica e attuatori stanno migliorando a passo spedito, così come notevole è l'aumento dei profitti per le industrie del settore.
I robot ormai sono in grado di svolgere moltissimi compiti fino a poco tempo fa dominio esclusivo degli esseri umani. Molti si preoccupano già che l'ascesa dei robot possa causare la perdita di molti posti di lavoro. In proposito basti pensare al recente caso della Foxconn, gigante taiwanese dell'elettronica, che sostituirà moltissimi operai alla catena di montaggio con modernissimi robot, fino ad arrivare ad avere 300.000 unità operative entro il 2013 (qui un articolo in proposito de La Stampa). I robot nel mondo del business si possono classificare in due grandi categorie: industriali o di servizio. I robot industriali, molto raramente umanoidi, sono quelli che prendono parte al processo di produzione di moltissimi beni, dalle automobili al cibo, ad esempio assolvendo compiti ripetitivi di assemblaggio. Al momento il numero di robot industriali sorpassa di gran lunga il numero di quelli di servizio. Secondo il "World Industrial Robotics Report" del 2011 nel 2010 erano in funzione poco più di un milione di robot industriali. Mentre la prima categoria di robot domina la scena la robotica di servizio è in rapidissima ascesa. Le applicazioni per i robot appartenenti a questa seconda categoria comprendono l'agricoltura, la sanità, lo spazio, la sicurezza, l'intrattenimento e l'assistenza domestica, solo per citarne alcune. In molti dei campi citati sopra già oggi i robot fanno parte della quotidianità; dalla chirurgia robotica in molti ospedali agli aspirapolvere robotici "roomba". Molte compagnie start-up stanno creando prodotti innovativi che vanno da sofisticati assistenti multifunzionali ad avanzate protesi robotiche. Anche molte grandi industrie di robotica manifatturiera come KUKA e Bosch stanno cominciando ad espandersi in questo vivace settore.

In un contesto così carico di promesse si inserisce il progetto europeo "Robot Companions for Citizens" (RoboCom) (qui il sito ufficiale), candidato a ricevere il finanziamento di un miliardo di euro in dieci anni del progetto FET flagship, in concorrenza con altri progetti come lo HBP o ITFoM, a cui ho dedicato dei post in precedenza. L'obbiettivo del progetto è quello di arrivare a costruire macchine "senzienti" per assistere le persone, in particolare gli anziani. "Un compagno robotico vivrà nelle nostre case; sarà come un pet, potrà muoversi ed aiutare in casa senza rompere oggetti e riuscirà a riconoscere le nostre emozioni e ad interagire in base ad esse" ha affermato Paolo Dario, direttore dell'istituto di BioRobotica della scuola superiore Sant'Anna di Pisa e coordinatore europeo del progetto Robot Companions for Citizens. Il suo team lavora da tempo allo sviluppo di robot con prezzi abbordabili, in modo che "ogni casa possa averne uno". La chiave per realizzare queste straordinarie macchine, ha affermato sempre lo stesso Dario, sarà l'utilizzo di "nuovi materiali, nuovi tipi di attuatori, nuove fonti energetiche ma soprattutto nuovi sistemi di controllo e di intelligenza artificiale basati sul sistema nervoso". Questi robot di nuova generazione faranno affidamento su software o hardware "neuromorfo" del tipo di quello di cui abbiamo parlato in due precedenti post (qui e qui). Il progetto RoboCom attualmente conta più di 250 collaboratori in 8 paesi, tuttavia Dario si aspetta che questo numero possa presto crescere fino a più di 1200. Se RoboCom venisse selezionato come flagship, ha affermato il professore: "lo sviluppo di queste macchine senzienti, che altrimenti potrebbe richiedere dai 20 ai 30 anni, potrebbe essere completo in un solo decennio, fornendo una soluzione a uno dei più pressanti problemi sociali che affliggono la nostra società".

Crosspostato su Estropico Blog.

Aubrey de Grey e la lotta contro l'invecchiamento

2012-02-07T00:00:00.036+01:00

Nel post di oggi voglio parlarvi di Aubrey de Grey, un noto ricercatore inglese che dedica la sua vita alla messa punto di strategie per fermare l'invecchiamento biologico. Prima di interessarsi alla biologia cellulare e molecolare e studiare da autodidatta la biogerontologia (la scienza che studia il processo biologico dell'invecchiamento), de Grey ha studiato informatica all'università di Cambridge, dove si è laureato nel 1985. Nel 1999 ricevuto un dottorato ad honorem dall'università di Cambridge per la pubblicazione della sua teoria sull'invecchiamento e i radicali liberi mitocondriali esposta nel libro "The Mitochondrial Free Radical Theory of Aging". Dal 2005 la sua attività si è concentrata su un dettagliato piano chiamato "Strategies for Engineered Negligible Senescence" (SENS, "Strategie per un invecchiamento trascurabile") che punta a sviluppare metodi per prevenire il declino fisico e cognitivo legato all'avanzare dell'età. Nel 2007 de Grey ha pubblicato il libro Ending Aging nel quale spiega a fondo gli aspetti scientifici, politici e sociali dell'agenda del SENS. Infine nel marzo 2009 ha fondato in California la SENS foundation, una organizzazione no-profit nella quale ricopre attualmente il ruolo di capo responsabile scientifico. La fondazione lavora per "sviluppare, promuovere e assicurare un accesso generalizzato alle soluzioni di medicina rigenerativa per combattere le disabilità e le malattie legate all'invecchiamento", concentrandosi sulla strategia da lui stesso messa a punto. Con il SENS Aubrey de Grey sfida uno degli assunti di base della condizione umana; che l'invecchiamento sia inevitabile. Il Biogerontologo inglese sostiene che l'invecchiamento sia a tutti gli effetti una malattia e come tale possa, e debba, essere "curato". Il suo piano per raggiungere questo incredibile obbiettivo è quello di individuare tutti i processi biologici patologici e le specie biochimiche che costituiscono, a livello molecolare, la base biologica dell'invecchiamento ed escogitare dei metodi per eliminarli. Come si più immaginare con un obbiettivo così ambizioso, un curriculum così insolito (e soprattutto una simile barba!;) ) Aubrey de Gray è un vero e proprio "magnete" per le controversie. A tutt'oggi non c'è pieno accordo nella comunità scientifica sulle idee di de Gray; diversi scienziati le considerano alla stregua di sogni, non realizzabili nel breve periodo. Per questo il SENS rientra a pieno titolo nella categoria della "fringe science" di cui ho parlato nel primo post di questo blog. L'opposizione del mondo accademico è stata particolarmente intensa nei primi anni; in un articolo della rivista scientifica Technology Review pubblicato nel 2005 gli autori hanno criticato l'intero progetto come "ovviamente" irrealizzabile, il che ha dato luogo ad un aspro dibattito con lo stesso de Grey. Tale dibattito ha portato alla SENS Challenge, ossia una sfida lanciata dalla stessa rivista che prevedeva un premio di 20.000 dollari a chiunque riuscisse a fornire una dimostrazione dell'infondatezza delle teorie del biogerontologo britannico che soddisfacesse determinati requisiti di scientificità. La rivista ha poi selezionato una giuria indipendente comprendente scienziati del calibro di Craig Venter e Nathan Myhrvolde. Le argomentazioni proposte contro le idee di de Gray sono state cinque ma nessuna di esse è stata giudicata in grado di superare la sfida. La reazione di de Grey è stata: «il risultato della SENS Challenge è un'accusa a quei gerontologi che hanno etichettato SENS come "non scientifico" in modo superficiale, senza studiarne i dettagli. I giudici della SENS Challenge hanno pienamente ragione nel descrivere il SENS come un progetto ingegneristico radicale e necessariamente speculativo, ma legittimo e meritevole di considerazione». Negli anni successivi sempre più scienziati hanno dato la loro approvazione e il loro appoggio alle idee di de Grey (in proposito basta guardare come tra i consiglieri scientifici della SENS foundation spicchino i nomi di ricercatori delle più rinomate istituzioni di ricerca a livello internazionale). Di recente ricerche come quella di cui abbiamo parlato in altri post hanno corroborato la validità degli approcci anti invecchiamento proposti dall'eccentrico biogerontologo, inoltre non si può non constatare come la "primavera della scienza della longevità" che ci troviamo a vivere in questi anni faccia sì che le tesi di de Grey appaiano sempre più fondate (in proposito potete leggere questi due vecchi post; "Medicina rigenerativa - Stampare organi" e "Sconfiggere l'invecchiamento - La prossima sfida per la scienza").

Ma vediamo un po’ più nel dettaglio quali sono le idee di de Grey. La convinzione di base (non completamente dimostrata ma ragionevole alla luce delle conoscenze scientifiche attuali) è che l'invecchiamento sia dovuto all'accumularsi, a livello molecolare e cellulare, di effetti collaterali prodotti dal metabolismo e che il metabolismo stesso non è in grado di eliminare. L'accumulo di tale "spazzatura" fa progressivamente diminuire l'efficienza dell'organismo, finché esso diventa incapace di difendersi dalle malattie o di mantenere in funzione gli organi vitali. La morte è semplicemente l'inevitabile effetto ultimo di tale accumulo. Le cause note dell'invecchiamento sono riconducibili a sette categorie e da oltre 20 anni non se ne scoprono altre, nonostante le continue ricerche e il netto miglioramento delle tecniche usate:

Rifiuti:
1) extracellulari (anno della scoperta: 1907)(responsabili ad es. del morbo di Alzheimer)
2) intracellulari (1959)(responsabili ad es. dell'arteriosclerosi)

Cellule:
3) cellule morte che non vengono rimpiazzate (1955)
4) cellule dannose che vengono accumulate (1965)(come ad es. il grasso viscerale)

Mutazioni:
5) nei cromosomi (1959)(responsabili dei tumori)
6) dei mitocondri (1972)(responsabili delle malattie mitocondriali)
7) legami reciproci extracellulari tra proteine (1981)(responsabili, ad es., dell'irrigidimento delle pareti arteriose)

De Grey ritiene che la via più rapida per conquistare la longevità non sia quella di rallentare o impedire l'accumulo di tali danni (che è l'approccio della gerontologia), perché ciò significa dover modificare il funzionamento del metabolismo e quindi dover arrivare prima alla comprensione di processi biologici molto complessi. Secondo lui una strategia più efficace consiste nell'accettare il fatto che tali danni si accumulino ma mettere a punto terapie in grado di riparare ognuno di essi prima che raggiungano un livello patologico. In tal modo chi si sottoponesse periodicamente a tali terapie potrebbe sperare di prolungare la propria vita per un tempo indefinito: ogni 20 - 30 anni il proprio orologio biologico verrebbe riportato indietro. Il SENS ha già teorizzato almeno una possibile soluzione per ognuna delle note categorie. Secondo de Grey le prime terapie potrebbero divenire disponibili entro una trentina d'anni. A tal proposito de Grey ha ideato il concetto di V.F.L. - Velocità di fuga della longevità. Secondo il biogerontologo le prime terapie che saranno disponibili non saranno in grado di riparare il 100% dei danni accumulati, ma solo di restituire alcuni decenni di vita. E' probabile però che le stesse terapie finirebbero per risultare sempre meno efficaci ad ogni successiva somministrazione (a causa del sempre maggior accumulo dei danni non ancora riparabili). Per ottenere di nuovo gli stessi risultati sarebbe dunque necessario un continuo miglioramento delle cure. In questo modo, nel giorno in cui il progresso tecnologico riuscisse a "battere in velocità" il progredire dell'invecchiamento, impedendogli indefinitamente di raggiungere livelli letali, diverrebbe possibile non morire più di vecchiaia: ogni nuovo potenziamento restituirebbe gli anni di vita necessari per poter beneficiare del potenziamento successivo. Secondo de Grey comunque ci vorranno secoli per poter arrivare a sviluppare una cura perfetta e poter persino scegliere la propria età biologica.

Voglio concludere questo post con una mia riflessione personale. E’ positivo avere dei progetti e obbiettivi a lungo termine, questi danno speranza in un futuro migliore per cui lottare. Progetti, obbiettivi e speranze sono qualcosa che, a mio parere, manca molto alla nostra società, soprattutto negli anni di crisi economica e sociale che ci troviamo a vivere. Le speculazioni su mind uploading, nanotecnologia molecolare e progetti come il SENS sono proprio questo, tracciano una possibile strada verso un futuro migliore e si prestano anche bene a diventare delle vere e proprie "roadmap", utili per lo sviluppo dei rispettivi campi.
Per questo penso che progetti come quello di Aubrey de Grey abbiano un valore intrinseco, aldilà del fatto che riescano poi a raggiungere i propri ambiziosissimi obbiettivi entro i tempi preventivati.
Fatta questa mia piccola riflessione non mi resta che lasciare la parola allo stesso de Grey e, come sempre, augurarvi buona visione!

Neurospin - L'LHC delle neuroscienze

2012-02-04T12:11:00.000+01:00

Entro il 2013 verrà completata la più potente macchina per imaging a risonanza magnetica mai realizzata. La progettazione e messa in opera di questa sorta di "LHC delle neuroscienze" si sta svolgendo nell'ambito del progetto Neurospin che si vuole proporre come una specie di CERN per studi sul cervello. Questo progetto sta portando alla costituzione, a Saclay Saint-Aubin, non lontano da Parigi, di un enorme centro di ricerca interamente dedicato alle neuroscienze. La mastodontica macchina che entrerà in finzione a Saclay sarà in grado di generare un campo magnetico di 11.7 tesla, per confronto basti pensare che i più potenti scanner MR usati negli ospedali, normalmente, arrivano a "soli" 3 tesla. In realtà, scanner da 11 tesla esistono già in altri laboratori, tuttavia questi possono essere utilizzati solo per studi su animali a causa delle ridotte dimensioni. Lo stesso centro di Saclay è dotato di uno di questi piccoli scanner da ben 17 tesla che, anche in questo caso, è il più potente al mondo della sua categoria. Realizzare uno scanner con campi di intensità così estreme, abbastanza grandi da essere utilizzabili per studi sull'uomo è una vera sfida poiché bisogna riuscire a rendere i campi uniformi su un volume di spazio relativamente esteso. Questa necessità rappresenta un notevole ostacolo ingegneristico che sta richiedendo un lungo e difficoltoso lavoro di ricerca e sviluppo tecnologico. Le bobine utilizzate nella macchina sono costituite da fili superconduttori di niobio-titanio (NbTi) lunghi varie centinaia di chilometri. Durante il funzionamento dello scanner questi saranno immersi in centinaia di litri di elio superfluido in modo da mantenerli alla bassissima temperatura di 1,8 kelvin. La sola bobina, una volta realizzata, peserà attorno alle 45 tonnellate. La macchina ospiterà una stretta apertura di circa 90 cm di diametro, appena sufficiente per farvi entrare un essere umano.
Le possibilità scientifiche aperte da un simile dispositivo ripagano ampiamente gli alti costi di realizzazione e mantenimento che richiederà il progetto. Grazie al nuovo scanner sarà possibile comprendere meglio la biochimica umana e studiare con un dettaglio senza precedenti le reazioni neurochimiche che sono alla base dei processi del pensiero. Utilizzando la spettroscopia NMR del carbonio tredici si potrà addirittura arrivare ad analizzare in tempo reale lo svolgimento di singole reazioni biochimiche nel corpo umano. L'intensissimo campo magnetico permetterà poi di raggiungere risoluzioni spaziali e temporali delle immagini tali, ad esempio, da permettere di risolvere gruppi di pochi neuroni all'interno del cervello. Già oggi gli scienziati di Neurospin stanno lavorando allo sviluppo di nuovi mezzi di contrasto per l'imaging molecolare e stanno sviluppando nuovi algoritmi di intelligenza artificiale indispensabili per gestire l'immensa mole di dati che verrà prodotta. Entro il 2014 l'obbiettivo è quello di spingere la risoluzione dello scanner attorno ai 10 micron. La possibilità di distinguere un simile dettaglio permetterà di sfruttare fruttuosamente la nuova macchina per gli scopi della connettomica (pur senza arrivare alla risoluzione nanometrica ottenibile con procedure distruttive, tramite microscopia elettronica). L'ineguagliato potere risolutivo della macchina potrebbe anche permettere di superare gli attuali limiti nelle possibilità di "lettura della mente" (di cui abbiamo già parlato in questo post) della risonanza magnetica funzionale (fMRI). Per chi volesse approfondire gli aspetti fisici ed ingegneristici di Neurospin consiglio la visione della presentazione che potete trovare qui. Per saperne di più sui programmi di ricerca portati avanti nell'ambito del progetto segnalo l'interessante documento reperibile a questo indirizzo.

Nanotecnologia a DNA

2012-01-31T00:00:00.016+01:00

E' di pochi giorni fa la notizia che un gruppo di ricercatori delle università di Kyoto e di Oxford sono riusciti ad assemblare molecole di DNA (la molecola che codifica le informazioni genetiche degli organismi viventi), per costruire un motore molecolare artificiale in grado di navigare in modo controllabile lungo una rete di percorsi dotati di una sorta di "equivalente molecolare" degli scambi ferroviari. Il lavoro del team di scienziati, pubblicato sulla prestigiosa rivista Nature Nanotechnology apre le porte a grandi sviluppi nel campo della nanoingegneria. I ricercatori hanno utilizzato la tecnologia del "DNA origami". Questa tecnica, che sfrutta le peculiari proprietà chimico-fisiche del DNA, consiste nel produrre catene molecolari composte da particolari sequenze di basi in modo che queste, legandosi spontaneamente tra loro, si auto-assemblino a formare la struttura tridimensionale desiderata. Nello studio appena pubblicato gli scienziati hanno realizzato in questo modo un "sistema ferroviario" con tanto di scambi, usando come supporto un reticolo di molecole di DNA. Questo ha reso possibile, per la prima volta, controllare il movimento del motore molecolare.
Questo risultato segna un importante passo per lo sviluppo della nanotecnologia. Come sottolinea il Dottor Masayuki Endo, uno degli autori dello studio:
"Abbiamo dimostrato, non solo che è possibile costruire sistemi in grado di funzionare autonomamente alla nanoscala, ma anche che è possibile controllarne il comportamento agendo sulle condizioni iniziali". Tra i firmatari dell'articolo pubblicato su Nature Nanotechnology c'è anche la Dottoressa Shelley Wickham, le cui ricerche si concentrano sullo sviluppo di sistemi nanotecnologici ancora più complessi come una linea di assemblaggio molecolare basata sul DNA. Per intenderci un simile dispositivo sarebbe l'equivalente a DNA del "nanosistema produttivo" mostrato nel video al fondo del post "Introduzione alla nanotecnologia".
"Siamo ancora nella fase embrionale dell'ingegneria dei sistemi basata sugli origami a DNA. Le promesse sono grandi, ma allo stesso tempo dobbiamo ancora superare molti problemi tecnici per migliorare la qualità delle prestazioni di questo tipo di sistemi. Ci troviamo ad assistere alla nascita di un campo di ricerca davvero eccitante." ha commentato il Prof. Hiroshi Sugiyama, dell'università di Kyoto.(Nella foto, la rappresentazione di un tetraedro di DNA realizzato con la tecnica del DNA origami).

Ripensare l'Io

2012-01-26T15:43:00.000+01:00

In una recente conferenza TED, tenutasi a Manchester, il noto filosofo inglese Julian Baggini si pone una interessante domanda: esiste un "vero Io", un'"essenza", un "nucleo" che ci definisce e rimane immutato nel corso di tutta la nostra vita?
Il senso comune e la cultura popolare suggeriscono con forza che ognuno di noi abbia una sorta di "essenza del sé", che aspetta solo di essere scoperta, una verità permanente su ciò che ognuno di noi realmente è. Nella sua conferenza Baggini si propone proprio di sfidare questa radicata convinzione, anche alla luce delle scoperte neuroscientifiche.
Il "modello comune" di che cosa sia una persona è costituito da un Io, questa sorta di "essenza del sé" di cui si parlava prima, a cui si attribuiscono ricordi, sentimenti, sensazioni, credenze, desideri ecc... Baggini, nel suo discorso, argomenta che questo modello ha qualcosa di fondamentalmente sbagliato. Non c'è nessun "Io" essenziale, nessun elemento centrale privilegiato che connette memorie, sensazioni, esperienze ecc... queste sono invece direttamente interconnesse tra loro. L'Io, semmai, è questa rete di elementi strettamente correlati tra loro.
A prima vista potrebbe sembrare una differenza sottile, ma non è così; si passa dal pensare a se stessi come a delle entità dotate di esperienze di vita e stati mentali a pensare a se stessi semplicemente come ad una "collezione" di questi. La relazione tra queste "parti" interagenti è di natura fisico-biologica; esse si riferiscono tutte allo stesso cervello e allo stesso corpo, ma si sviluppa anche nel tempo acquistando una dimensione storica. Lo stato attuale, ad esempio, della propria memoria è fortemente dipendente dallo stato passato dei propri desideri o delle proprie sensazioni. Per citare le parole di Baggini: "si è la somma delle proprie parti". Questa concezione "riduzionista" (per chiarire cosa intendo qui per riduzionista potete leggere questo recente post) dell'Io, corroborata dalle scoperte sul funzionamento del cervello che le neuroscienze stanno facendo in questi anni, si ritrova, seppur declinata in modi molto diversi, in correnti di pensiero lontanissime tra loro sia geograficamente che storicamente: dalla filosofia illuminista fino a certe correnti del buddismo.
Dal punto di vista neurobiologico, fa notare Baggini, non esiste un'"unità centrale" del cervello, una struttura in cui risieda l'io o la coscienza. Le neuroscienze indicano come queste siano proprietà emergenti dalla dinamica complessiva di moltissime parti del sistema nervoso.
Le implicazioni filosofiche di tutto questo sono grandi: non esiste un organo che abbia la funzione di collegare il corpo, materiale, con una mente immateriale, in altre parole, con un "anima". Il dualismo, la posizione filosofica che vede una netta separazione tra piano mentale e fisico (e quindi tra mente e cervello), è ormai insostenibile, almeno alla luce delle conoscenze neuroscientifiche odierne. L'idea di un "Io privilegiato", così come quella del dualismo, è, però, molto spontanea, istintiva e accattivante; Baggini per questo la chiama "Ego Trick" ("l'inganno dell'ego"). Molte delle conclusioni del filosofo inglese a questo proposito ricordano le idee di Daniel Dennett (di cui abbiamo già parlato qui) e la sua critica del concetto di qualia, brillantemente esposta nel saggio divulgativo "Sweat Dreams: illusioni filosofiche sulla coscienza". Nel finale della conferenza Baggini fa notare come, vedendo le cose in questa nuova ottica l'Io e la coscienza soggettiva appaiano come un processo dinamico, anziché come qualcosa di statico. In proposito, non posso non citare la bellissima metafora usata dal neuroscienziato Sebastian Seung nella sua conferenza "I am my connectome" , di cui abbiamo già parlato spesso: i pensieri e la coscienza soggettiva (come schemi di attività neurale) stanno al connettoma (la struttura fisica del nostro cervello) come l'acqua di un ruscello di montagna sta al suo letto di pietre; la forma del letto determina lo scorrere dell'acqua, ma questa, col tempo, può modificarlo, scavando nuovi percorsi.
In conclusione, oltre all'interesse puramente filosofico, Baggini sottolinea l' aspetto psicologicamente liberatorio di questo "ripensamento dell'Io": siamo noi, con le nostre azioni e la nostra volontà, almeno entro certi limiti, a plasmare il nostro stesso Io e a definire ciò che siamo.

Posto qui sotto il video della conferenza. Purtroppo, almeno al momento, non sono disponibili i sottotitoli; né in italiano, né in inglese.(Il quadro in alto a sinistra è "L'io supremo" di Palmo Ancona).

La legge di Ohm alla nanoscala

2012-01-24T17:20:00.002+01:00

La legge che descrive il comportamento dei materiali conduttori al passaggio di corrente elettrica è la così detta "legge di Ohm" (V = RI). Questa legge esprime una relazione lineare tra la tensione elettrica ai capi di un conduttore e la corrente elettrica che lo attraversa; la costante di proporzionalità che interviene è detta resistenza. Fino a poco tempo fa si pensava che questa legge, fondamentale per l'elettronica e l'elettrotecnica, smettesse di essere valida per conduttori di dimensioni nanometriche costituiti da pochi atomi. A questa scala, infatti, fenomeni quantistici come l'interfenza tra elettroni di conduzione dovrebbero portare a un comportamento diverso da quello previsto dalla legge di Ohm, ponendo dei limiti alla miniaturizzazione a livello atomico dei circuiti elettronici.
Ora però il quadro sta cambiando, in uno studio pubblicato una decina di giorni fa su "Science", un gruppo di ricercatori dell'University of New South Wales, della Purdue University e dell'Università di Melbourne ha dimostrato che la legge di Ohm può restare valida anche a dimensioni nanoscopiche. I ricercatori hanno ottenuto nanofili "ohmici" (cioè che seguono la legge di Ohm) depositando con un microscopio a effetto tunnel atomi di fosforo a distanza di un nanometro uno dall'altro su nanofili di silicio. Questa procedura, comunemente usata nell'industria dei semiconduttori, prende il nome di "dopaggio" del materiale. I nanofili di fosforo e silicio così ottenuti hanno uno spessore compreso fra gli 1,5 e gli 11 nanometri e conservavano le capacità di trasporto elettrico proprie, ad esempio, dei cavi di rame macroscopici. Questa è una ottima notizia per il futuro della nanoelettronica e della tecnologia in generale; a questo punto, infatti, è ragionevole aspettarsi di poter contare ancora per molti anni sulla legge di Moore (secondo la quale il numero di transistor per unità di superficie che possono contenere i processori, e quindi le loro prestazioni, raddoppia ogni 18 mesi) e con essa sulle sue grandi ricadute positive per lo sviluppo scientifico e tecnologico.

Un passo avanti verso le centrali a fusione

2012-01-20T00:00:00.008+01:00

La fusione nucleare è il processo che alimenta il Sole e le altre stelle. Da anni ormai gli scienziati di tutto il mondo stanno cercando di riprodurre questo fenomeno in laboratorio in modo tale da poterne ricavare energia. All'interno del tipo più comune di reattori sperimentali, i così detti "tokamak", idrogeno gassoso viene scaldato fino a temperature di milioni di gradi in modo da innescare la reazione di fusione. A queste temperature l'idrogeno si ionizza passando dallo stato gassoso a quello di plasma (che in questo caso è composto da nuclei di idrogeno ed elettroni). La fusione vera e propria avviene quando, all'aumentare della temperatura, le energie cinetiche di agitazione termica degli nuclei di idrogeno nel plasma sono sufficientemente alte da permettere a due di essi avvicinarsi a tal punto, superando la repulsione elettromagnetica, da far prevalere l'interazione forte, "fondendosi" insieme a formare un nucleo di elio. Questo processo libera una enorme quantità di energia. Nei tokamak il plasma è confinato da particolari campi magnetici che fanno si che questo non tocchi le pareti della camera di reazione; in caso contrario questo, raffreddandosi immediatamente, impedirebbe alla reazione di avvenire.
Il problema con questo tipo di reattori è che, a volte nel plasma appaiono delle "instabilità magneto-idrodinamiche" (instabilità MHD), che, espandendosi e perturbando il plasma ne causano il deconfinamento con conseguente raffreddamento. La sfida quindi è quella di ridurre o prevenire la formazione di queste instabilità per permettere al reattore di continuare a funzionare normalmente. I metodi consolidati per il controllo di queste turbolenze magneto-idrodinamiche consentono un buon controllo del fenomeno, ma sono fortemente "energivori", riducendo così, in modo significativo, l'efficienza energetica del reattore.

Ora un gruppo di ricercatori dell'École Polytechnique Fédérale di Losanna (EPFL) è riuscito a sviluppare un metodo alternativo di controllo delle instabilità MHD, descritto in un articolo pubblicato su "Nature Communications", che promette di poter migliorare significativamente la situazione. Utilizzando le stesse antenne usate per riscaldare il plasma nel tokamak i fisici svizzeri sono riusciti a smorzare le instabilità sul nascere generando nuove popolazioni di ioni altamente energetici nel plasma. Dopo aver effettuato delle accurate simulazioni numeriche il metodo è stato testato con successo sul Joint European Torus (JET, il più grande reattore a fusione finora costruito.

Questa tecnica potrà essere applicata anche a ITER, l'enorme reattore dimostrativo, attualmente in costruzione nel sud della Francia, che dovrebbe entrare in attività nel 2019 (qui il link al bel sito ufficiale del progetto). La fusione nucleare, fornendo la possibilità di produrre immense quantità di energia in modo assolutamente pulito a partire dall'idrogeno (ottenibile ad esempio dall'acqua di mare e quindi virtualmente inesauribile) è senza dubbio la chiave del futuro energetico a lungo termine dell'umanità. In proposito Osamu Motojima direttore generale di ITER ha affermato:

"Crediamo fermamente che riuscire a imbrigliare l'energia da fusione sia il solo modo di far fronte all'enorme domanda di energia con cui, sempre di più, l'umanità si troverà a fare i conti. La posta in gioco è la possibilità di conciliare la crescita, necessaria per continuare a migliorare le condizioni di vita della maggioranza della popolazione mondiale, con i rischi ambientali derivanti dagli attuali metodi di produzione dell'energia. Noi pensiamo che l'uso dell'energia da fusione sia un "must" se ci si vuole seriamente avviare su una strada di sviluppo sostenibile per le future generazioni."

Levitazione magnetica - Non solo treni...

2012-01-17T00:00:00.007+01:00

....ma anche cellule, tessuti e perfino rane! Si, avete letto bene, ciò di cui vi voglio parlare oggi sono le sorprendenti nonché promettenti applicazioni della levitazione magnetica nella ricerca biomedica.
Risalgono a pochi giorni fa due notizie che mostrano le prospettive dell'uso della levitazione magnetica rispettivamente nell'ingegneria tissutale (di cui abbiamo già parlato qui) e nella "fisiologia spaziale" (la scienza che studia le reazioni fisiologiche degli organismi viventi alle condizioni fisiche che si trovano nello spazio, come ad esempio la microgravità).

La prima notizia riguarda la messa a punto da parte della startup americana "n3D Biosciences" di un così detto "bioassemblatore magnetico". Questo dispositivo permette di crescere colture cellulari tridimensionali inserendo nanoparticelle all'interno delle cellule in coltura per poi farle levitare grazie a fenomeni magnetici. La possibilità crescere cellule in strutture 3D è fondamentale per l'ingegneria tissutale; questo nuovo sistema potrebbe offrire un alternativa rapida ed economica al così detto "bioprinting", la tecnica attualmente in uso in molti laboratori, nella quale successivi strati di cellule vengono depositati usando stampanti simili a quelle a getto d'inchiostro. La nuova tecnologia sviluppata dalla ditta americana offre grandi opportunità anche alla ricerca farmaceutica e biotecnologica. Le colture cellulari su substrati bidimensionali come le piastre di Petri, infatti, non riescono a replicare le complesse interazioni cellulari che si trovano negli organismi viventi, limitando la rilevanza fisiologica dei risultati delle ricerche. Il nuovo metodo di coltura potrebbe risolvere questo problema permettendo di ricreare un microambiente cellulare molto più simile a quello che si avrebbe in vivo. La tecnologia alla base del bioassemblatore era stata descritta, circa un anno fa, in un articolo sulla prestigiosa rivista "Nature nanotechnology".

La seconda notizia riguarda la pubblicazione di uno studio nel quale, fisici dell'università di Oxford, descrivono siano riusciti a simulare condizioni di "gravità artificiale" ( da 2g a quasi zero, cioè dal doppio della gravità terrestre alla microgravità di ambienti come la Stazione spaziale) sfruttando il fenomeno del diamagnetismo per studi di "fisiologia spaziale" . Nell'esperimento pubblicato sul "Journal of the Royal Society Interface", una rivista scientifica dedicata agli studi interdisciplinari al confine tra fisica e biologia, gli scienziati hanno fatto levitare dei moscerini della frutta grazie a un solenoide superconduttore in grado di generare un campo magnetico di 16 Tesla (che, a titolo di confronto è circa 5 volte più intenso di quello utilizzato nei più potenti scanner MR ospedalieri o 350000 volte più intenso del campo magnetico terrestre). Lo scopo dell’esperimento era quello di studiare le variazioni comportamentali legate alla microgravità, in particolare quelle relative al movimento. «Siamo così riusciti a dimostrare che i moscerini si comportano nel magnete esattamente come nello spazio: camminano più rapidamente», ha detto il primo autore dello studio, Richard Hill; «Perché ciò avvenga, ancora non lo sappiamo. È probabile che, a livello di muscoli e articolazioni, il movimento risulti facilitato dall’assenza di peso. Ma potrebbe anche essere un qualche tipo di risposta alla confusione che si crea, in assenza di gravità, fra dove sia "il sopra" e il "sotto"». «Studiandone gli effetti su organismi modello come il moscerino della frutta, possiamo sperare di ottenere informazioni circa gli effetti dell’assenza di peso su determinati meccanismi biologici. Senza contare che, pensando alle sfide che ci attendono nell’esplorazione dello spazio – la creazione di basi permanenti sulla Luna o su Marte, per esempio, o anche su altri pianeti – sarà fondamentale comprendere gli effetti dell’assenza di peso anche su altri organismi viventi: la nostra sopravvivenza a lungo termine richiederà, infatti, di portarne con noi molte specie differenti» ha concluso il ricercatore. Per ora non esiste un magnete superconduttore abbastanza potente da far levitare in quel modo un essere umano ma con il continuo miglioramento della tecnologia in questo campo chissà che un giorno non si arrivi anche a questo traguardo.

Il bizzarro video qui sotto mostra un esperimento eseguito di recente presso l'High Field Magnet Laboratory dell'università di Nijmegen, questa volta a essere fatta levitare magneticamente è addirittura una rana!

ITFoM - Un "paziente virtuale" per rivoluzionare la medicina

2012-01-13T15:55:00.001+01:00

Dopo aver discusso dello Human Brain Project nel post del primo dell'anno, oggi voglio parlarvi di un altro interessante progetto candidato a ricevere il miliardo di euro di stanziamento di ricerca del programma FET Flagships. Penso che sia il caso di far conoscere questi notevoli progetti anche perché, almeno qui in Italia, hanno una visibilità mediatica sorprendentemente, o forse dovrei dire tristemente, scarsa (eccezion fatta per FuturITC a cui è stato dedicato un interessante articolo sul numero di "Le Scienze" di questo mese).
Ma torniamo a noi, ciò di cui vi voglio parlare oggi è ITFoM, acronimo di "Information Technology Future of Medicine", che si potrebbe tradurre con "tecnologie dell'informazione per il futuro della medicina" (linko qui il bel sito ufficiale del progetto). L'obbiettivo di questo programma è quello di sfruttare il grande potenziale delle nuove tecnologie informatiche per rivoluzionare il settore sanitario. Già in un post di qualche tempo fa ("Il futuro della medicina - FutureMed") avevamo parlato di come lo sviluppo esponenziale di molte tecnologie, prime tra tutte quelle elettroniche e informatiche prometta di rivoluzionare la pratica clinica. Il punto centrale dell'ambizioso programma ITFoM è, però, addirittura, di: "integrare l'enorme numero di dati biologici a nostra disposizione per costruire un modello computazionale completo dei processi biologici che hanno luogo in ogni essere umano", per poter poi modificare di volta in volta questo vero e proprio "paziente virtuale" in modo da tenere conto delle peculiari caratteristiche anatomiche, fisiologiche e genetiche di ciascun paziente.
Chiaramente questa sorta di copia virtuale del corpo dei singoli pazienti potrebbe far fare un salto senza precedenti alla medicina, dando tutto un nuovo significato all'idea di medicina personalizzata (di cui si è già parlato qui). Come abbiamo già detto è ormai possibile analizzare moltissimi parametri rilevanti della biochimica, della fisiologia e della genetica di un paziente nel giro di poche ore. Questi dati integrati in un simile modello permetterebbero ai medici di sapere in anticipo l'effetto dei farmaci, conoscere rischi e predisposizioni a varie malattie, suggerire diete o cambi di stile di vita in modo del tutto personalizzato aumentando l'efficacia della prevenzione e dei trattamenti, riducendo al contempo gli effetti collaterali.

E' un consorzio di oltre 25 istituzioni accademiche europee a guidare questo sforzo per la creazione, entro dieci anni, di un "paziente virtuale". Il professor Hans Westerhoff dell'Università di Manchester ha affermato: "ITFoM realizzerà modelli computazionali generali di processi cellulari, tessuti, patologie e, alla fine, di un essere umano nella sua interezza. Rendere la medicina personalizzata una realtà tramite questo grande progetto è una grande sfida e richiederà sviluppi fondamentali nelle scienze computazionali. Questa, infatti è la prima volta che si cerca di realizzare un unico, enorme, sistema informatico pensato per combinare la genomica e la bioinformatica con le esigenze della pratica medica."
Gli sviluppi nell'area delle tecnologie informatiche di cui parla il professore comprendono nuove tecniche per l'acquisizione e la valutazione rapida di dati sui pazienti, nuovi modelli matematici dei sistemi biologici in cui integrare questi dati e nuovi software di intelligenza artificiale che possano apprendere e fare previsioni su queste basi per poi interfacciarsi con gli utenti.
Il professor Norman Paton, sempre dell'università di Manchester, ha aggiunto: "Le più grandi opportunità attuali per migliorare l'efficacia dei trattamenti medici vengono proprio dalla medicina personalizzata, le scienze biologiche oggi ci offrono la conoscenza adeguata per supportare una "personalizzazione informata" dei trattamenti, mentre le tecniche computazionali più avanzate sono essenziali per dare un senso ai dati alla base del processo decisionale. Questa è una fantastica opportunità per riunire gli sviluppi di queste aree scientifiche in rapida crescita e causare un cambiamento di paradigma nella pratica medica."

VLT - Il portabandiera dell'astronomia europea

2012-01-12T00:00:00.002+01:00

In due post passati (qui e qui), abbiamo parlato dei telescopi ALMA e E-ELT che rappresentano il futuro dell'astronomia europea per il prossimo decennio. A questo punto non posso non dedicare un post anche a VLT, il telescopio che è, attualmente, lo strumento al centro dell'attività osservativa dell'ESO (European Southern Observatory). Questa struttura, il cui nome sta per "Very Large Telescope array" è, al momento il più avanzato telescopio ottico del mondo. VLT è costituito da quattro "unità-telescopio", ciascuna con uno specchio primario da 8.2 m di diametro, operanti insieme a otto telescopi ausiliari mobili con specchi da 1.8 m di diametro. Tutti questi telescopi, operando in maniera coordinata, si comportano come un gigantesco interferometro ottico che permette agli astronomi di vedere dettagli fino a 25 volte più fini di quelli che potrebbero essere osservati con i singoli telescopi. Per raggiungere questo risultato, i fasci di luce raccolti dai vari telescopi sono combinati usando un complesso sistema di specchi situato in tunnel sotterranei. La lunghezza del percorso dei raggi luminosi deve essere mantenuta su certi valori con precisioni dell'ordine del millesimo di millimetro perché la tecnica funzioni. Operando in questo modo il VLT può ricostruire immagini con una risoluzione angolare di pochi milliarcosecondi che equivale a distinguere un oggetto della dimensione di un pallone da calcio alla distanza della Luna. VLT, grazie alle sue caratteristiche uniche, ha catalizzato una nuova stagione di scoperte astronomiche e astrofisiche; tra i traguardi più notevoli raggiunti grazie a questo telescopio possiamo ricordare la prima immagine di un pianeta extrasolare (eso0428), l'individuazione del movimento delle singole stelle attorno al buco nero supermassiccio al centro della nostra galassia o l'osservazione del lampo di raggi gamma di origine più remota mai individuato.
Prima di lasciarvi alla visione del bel video di presentazione dell'VLT, una curiosità: la bellissima "Residencia Paranal" (il luogo che ospita gli astronomi durante i loro soggiorni osservativi al VLT) è stata utilizzata come set per le riprese del film "007 - Quantum of Solace".

"Connectome" - Il nuovo libro di Sebastian Seung

2012-01-09T00:00:00.003+01:00

Il 7 febbraio 2012 uscirà negli Stati Uniti: "Connectome. How the brain's wiring makes us who we are", saggio divulgativo scritto da Sebastian Seung. Del professor Seung, fisico e neuroscienziato all'MIT, e della connettomica abbiamo già parlato in due post precedenti (qui e qui), di cui consiglio la lettura per capire meglio ciò di cui stiamo parlando. Qui sotto vi propongo il poetico incipit del libro (da me liberamente tradotto in italiano):

"Né una strada, né un sentiero, penetrano in questa foresta. I rami lunghi e delicati dei suoi alberi si intrecciano ovunque, soffocando lo spazio con la loro crescita esuberante. Nessun raggio di sole può viaggiare lungo una traiettoria abbastanza tortuosa da attraversare gli angusti vuoti di questo groviglio di rami. Tutti gli alberi di questa buia foresta sono germogliati da cento miliardi di semi piantati contemporaneamente e, in un solo giorno, ognuno di essi è destinato a morire.

Questa maestosa foresta è comica e tragica allo stesso tempo. In effetti, certe volte penso che sia tutto. Qualunque romanzo o sinfonia, qualunque crudele omicidio o atto di pietà, qualunque storia d'amore o litigio, qualunque gioia o dolore, tutte, vengono dalla foresta.

Ci si potrebbe sorprendere nel sentire che tutto ciò stia in un contenitore di meno di trenta centimetri di diametro, o che ve ne siano sette miliardi sulla nostra Terra. Eppure tutti noi ci troviamo ad essere i custodi di una di queste foreste.
Gli alberi di cui sto parlando sono quelle particolari cellule chiamate neuroni.
La missione delle neuroscienze è quella di esplorare i loro rami incantati per domare la giungla della mente."

A questo indirizzo è già online il sito ufficiale del libro, in cui potrete trovare ulteriori informazioni (in inglese) e materiale, tra cui bellissimi video e immagini della "foresta cerebrale" di cui Seung parla nell'introduzione qui sopra. Per concludere in bellezza questo post voglio proprio mostrarvi uno di questi video che mostra il processo di ricostruzione 3D della struttura dei neuroni, una procedura che è al cuore della connettomica. Il volumetto di tessuto cerebrale che si vuole "mappare" viene sezionato da speciali macchine in sottilissimi foglietti che, dopo aver subito un complesso trattamento chimico di fissaggio, vengono scansionati tramite microscopi elettronici. Le sezioni così ottenute sono poi utilizzate da speciali software per effettuare una ricostruzione tomografica tridimensionale della forma di tutti i neuroni presenti nel campione di tessuto. Questo è possibile seguendo strato dopo strato, immagine dopo immagine, il lume dei rami dei neuroni che, nel video, potete riconoscere come macchie circolari di colore chiaro che punteggiano ogni singola sezione del volumetto.

Se qualcuno di voi fosse interessato, ecco il link della pagina di amazon su cui potete ordinare il libro.

Crosspostato su Estropico Blog.

Apologia del riduzionismo

2012-01-08T19:10:00.007+01:00

In questo post voglio condividere con voi alcune mie riflessioni personali su riduzionismo, olismo e sistemi complessi.
Si sente spessissimo, negli ambienti culturali più diversi, criticare fortemente il riduzionismo (cioè la posizione epistemologica che vede le proprietà di qualunque sistema fisico come riconducibili a quelle dei suoi componenti elementari) che viene proposto come qualcosa di superato ed in qualche modo “riduttivo” in contrapposizione con l’olismo (la posizione filosofica basata sull'idea che le proprietà di un sistema non possano essere spiegate esclusivamente tramite le sue componenti). Prima di sparare a zero sul riduzionismo ricordiamoci, però, che il riduzionismo è sempre stato ed è tutt’oggi al cuore del metodo scientifico; se la scienza moderna è arrivata al livello di sviluppo attuale lo si deve a metodi d’indagine di tipo riduzionista che hanno pervaso i più diversi campi del sapere, a partire dalla fisica fino alla chimica ed alla biologia (basti pensare al fantastico sviluppo della biologia molecolare). Io penso che la contrapposizione tra olismo e riduzionismo, così come viene spesso presentata, sia fittizia. Quando si vogliono studiare scientificamente le proprietà di un sistema, ad una prima, necessaria, fase di analisi in cui si studiano le proprietà elementari del sistema, segue una fase di sintesi in cui le proprietà appena determinate sono utilizzate per spiegare alla loro luce le proprietà globali del sistema. Questo è vero anche nella più rigidamente riduzionista delle impostazioni di ricerca (riduzionismo non significa trascurare l'importanza dell'organizzazione dei sistemi!). E’ così che funziona l’indagine scientifica ed è questo che, generalmente, si intende come “spiegazione scientifica di un fenomeno”.
Prendendo da wikipedia, il nucleo centrale del pensiero olista è il concetto di comportamento emergente, così definito (tratto da P. Anderson, “More is different”, Science Vol. 177, No. 4047. 1972):

Il comportamento emergente di sistemi complessi … [ha luogo quando] … emergono proprietà inspiegabili sulla sola base delle leggi che governano le sue componenti, scaturenti da interazioni non-lineari tra le componenti stesse.

A mio parere però l’utilità operativa della parola “inspiegabile” è quantomeno scarsa nella ricerca e spesso apre la porta ad interpretazioni quasi “mistiche” del concetto di complessità che ben poco hanno di scientifico. Da questa definizione segue la seguente definizione di sistema complesso:

Un sistema complesso è un sistema che manifesta proprietà non prevedibili sulla base di quelle delle proprie parti (sic!).

Nessuno nega che sistemi abbastanza “complicati” possano manifestare comportamenti emergenti; di questi comportamenti parliamo spessissimo in questo blog e forse il più spettacolare è proprio quello che si manifesta come conseguenza della dinamica del complicatissimo sistema fisico che è racchiuso nella nostra scatola cranica, il cervello. Ciò che voglio contestare è invece la definizione “olista” di comportamento emergente, molto popolare, riportata sopra. Penso che una versione un pò più "riduzionista”, maggiormente “utile” e calzante di comportamento emergente e sistema complesso potrebbe essere:

Il comportamento emergente di sistemi complessi ha luogo quando emergono proprietà non semplicemente spiegabili sulla sola base delle leggi che governano le sue componenti, scaturenti da interazioni non-lineari tra le componenti stesse.

Da cui può seguire questa definizione di sistema complesso (tratta dall’articolo di Dominique Chu “Complexity: Against Systems” pubbicato nel 2011 su Theory in Biosciences; una rivista scientifica di biologia teorica):

Un sistema complesso è un sistema composto di parti interconnesse che manifesta proprietà non ovvie a partire dalle proprietà della sue parti individuali.

Questa definizione mi pare particolarmente buona in quanto sottolinea a dovere l'importanza delle interconnessioni tra le parti, e, quindi, dell'organzizzazione del sistema, pur non peccando di un eccessivo "anti-riduzionismo", come quella riportata più sopra (che sminuisce ingiustamente l'importanza delle proprietà delle parti costituenti). Va detto, inoltre, che due tra i principali strumenti teorici della così detta “scienza della complessità” sono la meccanica statistica (che affonda le sue radici nella termodinamica) e le simulazioni numeriche. Ciò che si fa applicando questi metodi è proprio risalire, a partire dalle proprietà elementari di un sistema, a quelle globali, emergenti, questo grazie alla conoscenza di come queste sono organzizzate ed interconnesse tra loro; a ben vedere questo è proprio un “trionfo” del riduzionismo, non certo il contrario.
Credo proprio che per il futuro della scienza non sia saggio ripudiare il riduzionismo, come sembra che alcuni, tra i quali anche diversi uomini di scienza, vogliano fare. In proposito voglio citare una frase (decisamente riduzionista! ;) ) di Leon Lederman, premio nobel per la fisica, che riporto liberamente dalle pagine del suo libro “The God Particle: If the Universe Is the Answer, What Is the Question?” (dal cui titolo è nato il soprannome “particella di Dio” per il bosone di Higgs):

"Se tutta la conoscenza scientifica fosse spazzata via in un attimo dalla faccia della Terra e dovessi scegliere un solo concetto scientifico da lasciare all’umanità per indirizzarla nella ricostruzione di una conoscenza del proprio mondo, questa sarebbe la teoria atomica; che l’universo al suo livello più fondamentale è costituito da atomi, unità elementari che interagendo in base a poche, semplici regole, danno origine a qualunque fenomeno possiamo osservare. Da questo concetto sarebbe possibile ricostruire tutto quel maestoso “edificio intellettuale” che è la scienza moderna."

(Nell’immagine in alto a sinistra è riportata una stampa della “Papera di Vaucanson”; un simbolo del riduzionismo meccanicista che animava l’illuminismo settecentesco che, nell'ambito delle scienze biologiche, si opponeva al vitalismo di stampo idealista).

La nanotecnologia si fa grande

2012-01-07T10:50:00.000+01:00

In una piccola cittadina del New Hampshire, Concord, i ricercatori di una piccola startup nanotecnologica, la Nanocomp, sono riusciti a mettere a punto un nuovo metodo per produrre sottili fogli di nanotubi di carbonio lunghi vari metri.
I nanotubi di carbonio, sottilissimi cilindri di pochi nanometri di diametro, formati da un singolo strato di atomi, sono tra i materiali con la più alta resistenza meccanica e conducibilità elettrica noti.
Le proprietà uniche di questo materiale permetterebbero di utilizzarlo per realizzare linee di trasmissione energetica super efficienti (con un enorme risparmio di energia elettrica), ponti sospesi lunghi chilometri, veicoli super leggeri a risparmio energetico e perfino i così detti "ascensori spaziali" (dispositivi simili ad ascensori che servirebbe a portare carichi in orbita ad un costo minimo rispetto a quello attuale).
L'ostacolo al pieno sfruttamento delle potenzialità tecnologiche dei nanotubi è sempre stato la difficoltà di di produrli su vasta scala e a costi contenuti "tessendoli" a formare dei materiali che conservino le loro uniche caratteristiche elettriche e meccaniche.
Alcune compagnie nanotecnologiche hanno già realizzato con successo dei prodotti utili miscelando i nanotubi con resine per creare materiali compositi, questi, però, perdono, almeno in parte, le straordinarie proprietà dei loro componenti individuali. Questo problema sembra essere stato, almeno parzialmente, risolto dai ricercatori della Nanocomp. Nel nuovo processo di produzione da loro messo a punto dell'alcool viene posto a contatto con un particolare catalizzatore all'interno di una fornace ad alte temperature e pressioni. Un attento lavoro di regolazione del processo permette di produrre nanotubi relativamente lunghi, incrociati a formare un reticolo tale da permettere la realizzazione di grandi fogli che conservano, in buona misura, le caratteristiche originali di resistenza e conducibilità dei singoli nanotubi. La tecnica messa a punto dalla Nanocomp per produrre fogli di nanotubi puri fa compiere un grande passo in avanti nella direzione dello sfruttamento alla macroscala delle eccezionali proprietà dei nanotubi e apre la possibilità di mettere sul mercato nuovi prodotti a prezzi competitivi.

Tirotropina e globuli rossi

2012-01-06T14:28:00.000+01:00

In questo post voglio mostrarvi l'ultima fatica del team di visualizzazione scientifica dell'IFC (Istituto di Fisiologia Clinica), di cui abbiamo già parlato in uno dei primi post. Questo breve filmato è stato prodotto per illustrare alcune nuove scoperte dei ricercatori dell'IFC riguardo la presenza di recettori della tirotropina (anche detta "ormone tireostimolante") sui globuli rossi (qui lo studio). La tirotropina è un ormone secreto dall'ipofisi la cui principale funzione è di controllare l'attività secretiva della ghiandola tiroide.

Il video è accompagnato dalla musica di Nicola Piovani (vincitore di un premio Oscar) e dalla voce dell'attore Ugo Morosi che illustra ciò che viene mostrato nelle immagini. L'animazione, che fa dell'accuratezza scientifica il suo punto di forza, è stata realizzata usando il software "BioBlender", un programma di grafica e animazione 3D appositamente creato dai ricercatori dell'IFC. I dati su cui si è basato il gruppo sono quelli del "Protein Data Bank"; un archivio per dati strutturali 3D di proteine e acidi nucleici, ottenuti soprattutto grazie alla cristallografia a raggi X o alla spettrografia NMR.

Con i suoi video, il gruppo di ricercatori del CNR è presente su "Molecular Movies.org", un bel portale che raccoglie animazioni cellulari e molecolari realizzate da ricercatori di tutto il mondo; consiglio una visita a tutti coloro che avessero voglia di vedere altri cortometraggi di questo tipo. Per chi fosse interessato, a questo indirizzo, è disponibile una spiegazione tecnica sul contenuto e sulle tecniche di realizzazione del video qui sotto. Buona visione!

L'occhio bionico

2012-01-03T18:27:00.000+01:00

In questo video TEDMED, Sheila Nirenberg ci mostra il frutto del suo lavoro di ricerca: una protesi retinica che, connettendosi con il nervo ottico, è in grado di inviare direttamente al cervello i segnali di una videocamera dopo averli correttamente codificati, ed in pratica "tradotti", in modo da essere "comprensibili" per il cervello. Il dispositivo della Nirenberg, testato con successo sui topi, promette di ridare la vista a persone affette da vari tipi di cecità come, ad esempio quella causata dalla retinite pigmentosa.
Sheila Nirenberg è professoressa di fisiologia e biofisica presso il Weill Medical College della Cornell University, i suoi studi si concentrano sul "neural coding", cioè su come il cervello codifichi le informazioni provenienti dai sensi in schemi di attività elettrica neuronale. L'obbiettivo è quello di riuscire a decodificare l'attività neurale in modo da essere in grado di capire da questa, che cosa un animale stia vedendo, provando o pensando in un determinato momento.
Proprio la corretta codifica dei segnali da inviare al cervello è stata, negli ultimi anni, l'ostacolo che ha impedito la realizzazione di protesi retiniche efficaci. Per questo motivo la professoressa Nirenberg si è dedicata ad applicare i risultati delle sue precedenti ricerche riguardanti la codifica neurale allo sviluppo di protesi innovative.
Il cuore del dispositivo realizzato dal gruppo della Nirenberg è costituito da due parti, un codificatore ed un trasduttore che possono bypassare una retina danneggiata. Il primo codifica l'informazione visiva in un messaggio simile a quello che verrebbe generato da una retina biologica, sfruttando modelli computazionali delle reti di neuroni della retina stessa. Il secondo trasmette questo segnale alle cellule gangliari (i cui assoni sono riuniti a formare il nervo ottico) del soggetto che sono in grado di interpretarlo come se si trattasse di un segnale "naturale" e trasmetterlo al cervello tramite il nervo ottico.
Le possibilità mediche aperte da questa tecnologia sono enormi; trovare il modo di comunicare con il cervello nel suo stesso "linguaggio" potrebbe portare a nuovi trattamenti, ad esempio, per la sordità o per vari tipi di disordini motori.
Le future applicazioni di una simile tecnologia però non si limitano all'ambito sanitario. La possibilità di sostituire gli imput provenienti dei sensi al cervello con segnali "artificiali" sarebbe un passo da gigante per lo sviluppo di tecnologie di realtà virtuale o di realtà aumentata a cui ci ha abituato la fantascienza con film come "Matrix". La professoressa Nirenberg ha affermato: "Comprendere il codice del cervello è davvero importante; nel momento in cui comprenderemo a pieno il linguaggio del cervello diverranno possibili cose prima non ritenute tali".
Per quanto riguarda i tempi, quando viene chiesto alla Nirenberg se bisognerà aspettare dieci anni per vedere diventare la sua tecnologia di uso comune sull'uomo lei risponde, "no, spero meno".

2012 - L'anno dello Human Brain Project?

2012-01-01T00:00:00.003+01:00

L'anno appena iniziato sarà probabilmente un anno importante per il Blue Brain Project. Questo progetto di ricerca dovrebbe portare, entro il 2023, alla realizzazione di una simulazione su supercomputer che, come ha affermato il suo stesso direttore, Henry Markram: "riprodurrà integralmente un cervello umano, emozioni comprese” (di tutto questo abbiamo già parlato qui). Come dicevo, questo potrebbe essere un anno di svolta, il progetto, infatti, è candidato per ricevere un grosso finanziamento di ricerca dell'unione europea nell'ambito del programma Future and Emerging Technologies (FET) Flagships Initiative. I finanziamenti ammonterebbero a circa un miliardo di euro in dieci anni e permetterebbero un’accelerazione sostanziale con il raggiungimento degli obiettivi in tempi più rapidi; la decisione finale riguardo all'assegnazione dei fondi è attesa per la metà di quest'anno. In caso di vittoria nel concorso il progetto Blue Brain verrebbe rinominato Human Brain Project, e da svizzero diventerebbe a tutti gli effetti un progetto europeo, coinvolgendo istituzioni scientifiche di tutto il continente.
Anche l'Italia potrebbe ritagliarsi un ruolo in tutto questo, con sei ricercatori nel gruppo di oltre 150 scienziati che stanno lavorando alla predisposizione della proposta di finanziamento per il progetto HBP. I rispettivi enti di appartenenza (Politecnico di Torino, Università di Pavia, Università di Firenze, LENS e CNR con gli istituti di Scienze e Tecnologie della Cognizione (Roma), di Biofisica (Palermo) e di Ricerche sulla Popolazione e le Politiche Sociali (Roma) hanno dato vita ad un “cluster” nazionale che si propone di ricoprire un ruolo di primo piano nella predisposizione e, successivamente, nell’esecuzione del progetto. Ecco alcune delle dichiarazioni degli scienziati italiani che hanno partecipato, quest'anno, a Torino, alla prima conferenza della collaborazione:

“Il LENS e l’università di Firenze si occuperanno della messa a punto di un tomografo ottico per la ricostruzione dell’intera rete del cervello con un dettaglio mille volte superiore alle tecniche esistenti, tipo la Risonanza magnetica Nucleare. Uno degli scopi principali della ricerca fiorentina verterà sul collegamento struttura-funzione della rete neurale. In altre parole, proveremo a capire in che maniera patologie come l’autismo o la schizofrenia sono legate ad una particolare struttura di rete neurale, o come, ad esempio, le caratteristiche dell’apprendimento sono legate a particolari soluzioni di rete che il cervello adotta”. Ha affermato Francesco Pavone dell'Università di Firenze.

“Il gruppo di ricerca dell’Università di Pavia in associazione con l’IRCCS Istituto Neurologico Nazionale C. Mondino, porterà alla generazione del primo modello computazionale realistico del cervelletto. Tale componente fondamentale verrà integrata nel modello del cervello dello Human Brain Project. Le simulazioni saranno supportate da ricerche sperimentali, cellulari ed applicate”, ha dichiarato Egidio D’Angelo, dell’Università di Pavia.

Michele Migliore, referente del progetto per l’IBF del CNR, ha spiegato: “il laboratorio di Neuroscienze Computazionali dell' Istituto di Biofisica (Palermo) metterà a disposizione dello HBP le proprie competenze di Multiscale modeling di neuroni e reti di neuroni realistiche, Simulazioni di sinapsi e meccanismi di plasticità sinaptica, Modelli di simulazione di disfunzioni e patologie del sistema nervoso centrale”.

Orazio Miglino, dell’ISTC del CNR ha commentato: "Henry Markram propone una sfida che, come spesso è accaduto nell'avvio delle grandi avventure umane, è stata anticipata dalla fantascienza e dalla fantasia letteraria. In "2001 Odissea nello spazio" Stanley Kubrick illustra l'evoluzione del cammino umano nell'esplorazione dell'Universo facendola concludere con l'ultimo e più intimo luogo della sua esistenza: il cervello di un feto umano. Markram, novello Ulisse, sta raccogliendo intorno a se una ciurma di ricercatori pronti ad esplorare (e riprodurre) questo luogo. Sarà l'Impresa del XXI secolo”.

“L'Istituto di Ricerca sulla Popolazione e le Politiche Sociali del CNR è molto attento alla ricerca scientifica e alle tecnologie che hanno impatto sulla società e sulle persone. E' in questa direzione che si colloca l'adesione allo Human Brain Project, iniziativa che affronterà almeno tre grandi sfide scientifiche rivolte a migliorare la vita delle persone: comprendere il cervello umano e le malattie neurologiche, definire nuove macchine computazionali più simili al cervello umano e definire nuovi modelli computazionali in grado di riconoscere e processare la complessità della realtà che è intorno a noi. Al termine del progetto le conoscenze sviluppate permetteranno, tra i vari risultati, di individuare cure per le malattie neurologiche e di realizzare macchine con le quali è possibile interagire e comunicare in modo naturale”, ha concluso Fernando Ferri, dell’IRPPS del CNR.

Voglio concludere questo primo post dell'anno proponendovi una bella conferenza TED, registrata nel 2009, in cui Henry Markram illustra le sfide e le finalità del progetto Blue Brain. Per chi fosse interessato, a questi indirizzi (qui e qui) sono invece disponibili i primi due video-documentari (in inglese) di una serie che dovrebbe seguire, anno per anno, le tappe del progetto.

A questo punto non mi resta che augurarvi buona visione e buon anno nuovo!

L'arte onirica che nasce dalla computer vision

2011-12-27T09:54:00.001+01:00

Con il post di oggi vi voglio mostrare una singolare opera d'arte che nasce dalla ricerca sull'intelligenza artificiale e, in particolare, sulla visione artificiale (o "computer vision"). L'autore, Antonio Torralba, è professore di ingegneria elettronica e informatica presso l'MIT ed è affiliato al laboratorio di informatica e intelligenza artificiale (CSAIL). Qui Torralba sviluppa sistemi IA in grado di interpretare immagini per riconoscere oggetti dal contesto.

Quando il professor Torralba non è impegnato con le sue ricerche al CSAIL trascorre il suo tempo libero creando opere d'arte digitali, sovrapponendo, tramite tecniche particolari, numerosissime immagini l'una sull'altra. Per creare l'affascinante immagine qui sotto il professore ha usato 150 fotografie, ciascuna contenente una persona al centro dell'immagine. Il risultato somiglia ad un disegno fatto a mano e (almeno a mio parere!), ricorda molto anche il video delle "immagini mentali" ottenuto qualche tempo fa’ tramite risonanza magnetica funzionale da un gruppo di ricercatori americani (di cui abbiamo parlato nel post "vedere nella mente"). Usando questo stesso approccio Torralba ha creato una sorta di dizionario visuale in cui ogni immagine rappresenta visivamente il significato di una parola inglese (qui potete visitare il sito del "dizionario"). Oltre ad essere un interessante progetto artistico di per se, questo database servirà al gruppo di Torralba per addestrare sistemi di visione artificiale: "L'obbiettivo è di sviluppare un sistema capace di riconoscere tutti questi 50.000 oggetti" ha affermato il professore.

Auguri!

2011-12-24T09:25:00.002+01:00

Buone feste a tutti! :)

Ultrasuoni focalizzati - Il futuro non invasivo della chirurgia

2011-12-21T13:12:00.002+01:00

Immaginate una chirurgia che non faccia uso di bisturi. In questa conferenza TED MED, Yoav Medan, vice presidente della InSightec, ci parla di una nuova tecnica chirurgica che utilizza ultrasuoni combinati con la risonanza magnetica per curare lesioni cerebrali, fibromi uterini e diversi tipi di formazioni cancerogene senza bisogno di tagliare alcun tessuto del paziente.

La tecnologia a ultrasuoni focalizzati su cui si basa il lavoro di Medan permette di concentrare fino a 1000 fasci ultrasonici su un bersaglio in profondità all'interno del corpo di un paziente con una precisione di circa un 1 mm.
Proprio come una lente d'ingrandimento può concentrare diversi raggi di luce in un singolo punto, così ogni singolo fascio di ultrasuoni attraversa i tessuti senza avere alcun effetto, ma quando tutti i fasci convergono sull'obbiettivo si ha un consistente aumento di temperatura che uccide il tessuto malato nella stessa maniera in cui i raggi di luce concentrati dalla lente possono bruciare una foglia. L'imaging a risonanza magnetica, permettendo di visualizzare l'interno del corpo e di misurarne la temperatura in modo non invasivo entra in gioco per guidare il trattamento in tempo reale, controllare il puntamento dei fasci e confermare immediatamente la riuscita dell'intervento.

Al momento la chirurgia ad ultrasuoni focalizzati guidata tramite risonanza magnetica è stata approvata dalla FDA (Food and Drug Administration) per il trattamento di fibromi uterini. Inoltre sono in corso trial clinici per il trattamento di metastasi alle ossa, tumori al seno, tumori al cervello e presto ne cominceranno altri anche per la cura di schizofrenia, ictus, tumori alla prostata, al fegato, ai reni e al pancreas. Entro pochi anni ulteriori miglioramenti delle tecniche di immaging molecolare e degli scanner MRI dovrebbero permettere la visualizzazione non invasiva di piccoli agglomerati di cellule. Questi miglioramenti nell'imaging, uniti a nuove tecnologie ultrasoniche già allo studio e nuovi vettori di agenti farmacologici renderebbero possibile tutta una nuova, vasta, gamma di applicazioni mediche. Si va dalla possibilità di identificare e distruggere senza effetti collaterali piccolissime strutture cellulari probabilmente cancerose (cosa che darebbe tutto un nuovo significato all'idea di "diagnosi precoce", rivoluzionando la prevenzione oncologica), a quella di dissolvere coaguli nei vasi sanguigni eliminando gli effetti invalidanti degli ictus. Prima di lasciarvi alla conferenza di Medan, per chi volesse avere ulteriori informazioni, linko qui il sito della Focused Ultrasound Surgery Foudation.

Gettare lo sguardo nel mondo quantistico

2011-12-17T14:00:00.000+01:00

Nei post precedenti vi ho parlato spesso della crescente importanza della "visualizzazione scientifica" nel campo delle scienze della vita. L'utilità di poter "afferrare visivamente" concetti complicati, però, non si limita affatto alla biologia; anche la fisica, infatti, sta cominciando a sfruttare le opportunità offerte dalla grafica 3D. Come amava ricordare Richard Feynman l'immaginazione e la capacità di visualizzare mentalmente il proprio oggetto di studio è fondamentale per uno scienziato.
In fisica i risultati delle simulazioni numeriche eseguite sui più potenti supercomputers possono essere trasformati in accurate ricostruzioni visive della dinamica del fenomeno che si sta studiando. E' questa, ad esempio, l'origine del video nel quale viene ripercorsa l'evoluzione a grande scala dell'universo che è stato argomento di un precedente post.
Ciò che vi voglio mostrare in questo post è, invece, una applicazione alla fisica delle particelle e alla meccanica quantistica: anche quest'ultima, nonostante la sua fama (peraltro meritata!) di estrema controintuitività può essere "visualizzata".

Il brevissimo video qui sotto mostra come apparirebbe l'interno di una particella del tipo di un protone o di un neutrone, se potessimo "vedere" i campi quantistici dei quarks al suo interno.

I quarks, veri e propri "mattoni fondamentali della materia", sono particelle elementari che in natura non si trovano mai isolati, ma solo uniti in particelle composte dette "adroni", come per esempio il protone e il neutrone. Questo si deve alle particolari caratteristiche dell'"interazione forte" attraverso la quale interagiscono tra di loro.
Alla scala spaziale della fisica delle particelle sono fondamentali gli effetti della meccanica quantistica. La teoria quantistica dei campi (in inglese "Quantum field theory") è l'estensione della meccanica quantistica classica che sta alla base del "modello standard della fisica delle particelle": il modello che descrive tutte le particelle elementari e tre delle quattro forze fondamentali ad oggi note, ossia la interazione forte, quella elettromagnetica e quella debole.
La teoria quantistica dei campi descrive tutte le particelle esistenti non come corpuscoli o "palline" come siamo intuitivamente portati a immaginarle ma come "campi" nello spazio. Un campo è una struttura matematica che ad ogni punto dello spazio associa dei numeri che si possono interpretare come l'"intensità" del campo stesso in quel punto.
In termini più intuitivi è come se le particelle non avessero una posizione definita ma fossero "spalmate" in tutto lo spazio con densità variabile da punto a punto a seconda dell'intensità del campo nel punto stesso (proprio come sono "spalmati" gli elettroni negli orbitali di atomi e molecole).

Il video, realizzato da Massimo Di Pierro della "School of Computing" della DePaul University di Chicago, è frutto di simulazioni numeriche di Cromodinamica quantistica (QCD) su reticolo, termine con cui ci si riferisce genericamente a quell'insieme di tecniche di studio della QCD, la teoria dei quark e dei gluoni, che fanno uso di un reticolo spazio-temporale discreto per "semplificare i calcoli".
Nell'animazione ciò che è rappresentato come spazio pieno "colorato" sono i punti dello spazio all'interno di un adrone in cui i vari campi quantistici assumono la maggior intensità. Il processo rappresentato è di "raffreddamento" del sistema, cioè di passaggio da uno stato di maggiore ad uno di minore energia.

Apoptosi - La fine di una cellula

2011-12-16T00:00:00.006+01:00

Se avete apprezzato i post "Biomondi" e "Viaggio nel mitocondrio" allora il video che voglio mostrarvi oggi vi piacerà.
Si tratta di un'altra animazione che raffigura in modo scientificamente accurato il frenetico "mondo molecolare" che si nasconde in ogni momento all'interno delle nostre cellule.
Il video in questione è stato realizzato da Drew Berry, professionista della computer grafica applicata alla visualizzazione scientifica, che è stato definito sul New York Times "lo Spielberg dell'animazione molecolare" (qui potete trovare alcuni degli altri video da lui realizzati).

Ciò a cui state per assistere è il processo di "apoptosi", cioè di morte cellulare programmata di una cellula danneggiata. La distruzione della cellula, innescata tramite una complessa cascata di reazioni biochimiche ad opera di un linfocita T Killer, è necessaria per proteggere il tessuto circostante. Al contrario della necrosi, che è una forma di morte cellulare risultante da un trauma cellulare, l'apoptosi è portata avanti in modo ordinato e regolato, richiede consumo di energia sotto forma di ATP e spesso svolge un ruolo essenziale in molti processi fisiologici.
Nelle prime scene mostrate nel video vediamo il linfocita avvicinarsi alla cellula malata, quando alcune speciali proteine poste sulla sua membrana cellulare si legano agli appositi recettori sulla cellula-bersaglio, all'interno di quest'ultima si innesca una catena di reazioni che porta all'attivazione di una proteina del gruppo delle "caspasi". Queste proteine sono enzimi in grado di "tagliare" e quindi distruggere altre proteine. Le prime caspasi ne attivano altre in una reazione a catena che coinvolge rapidamente l'intera cellula. Nel video è mostrata anche la formazione del complesso proteico apoptosoma che contribuisce a questa cascata di reazioni. Questa sorta di processo di "auto-digestione" della cellula termina quando, come mostrato nella parte finale del video, le caspasi finiscono per recidere i filamenti di actina del citoscheletro che garantiscono integrità strutturale alla cellula. Questo la porta in breve al collasso sotto la sua stessa pressione osmotica.

Consigli di lettura natalizi

2011-12-14T15:13:00.003+01:00

Ormai è quasi Natale, per questo ho deciso, come avviene su molti altri blog scientifici, di proporvi anch'io quattro libri che penso potrebbero farvi buona compagnia nel periodo delle feste.

La prima lettura che vi propongo è: "La scoperta dell'universo. I misteri del cosmo alla luce della teoria dell'informazione" di Charles Seife, matematico e divulgatore scientifico americano. In questo libro l'autore, con un linguaggio sempre chiaro e preciso, mostra come, attraverso la teoria dell'informazione, si possa gettare una luce completamente nuova su tutta la fisica, dalla meccanica quantistica alla teoria della relatività, risolvendo molti apparenti "paradossi" di queste teorie. Nelle pagine di questo appassionante saggio Seife ci mostra anche come la portata rivoluzionaria della teoria dell'informazione non si limiti alla fisica ma abbracci anche la biologia e le neuroscienze, aiutandoci a comprendere cosa sia la vita e come funzioni la nostra mente. Considero questo libro per la sua originalità e la sua profondità uno dei migliori libri di divulgazione scientifica che io abbia mai letto. Per chi fosse interessato, ecco il link alla pagina di amazon del libro.

La seconda lettura che vi consiglio è "Odissea nello zeptospazio. Un viaggio nella fisica dell'LHC" di Gian Francesco Giudice, fisico teorico delle particelle presso il CERN di Ginevra. Questo scorrevole saggio è una guida chiara e comprensibile per apprezzare le scoperte scientifiche che avranno luogo presso l'LHC, prima tra tutte l'eventuale scoperta del famigerato "bosone di Higgs" (di cui proprio in questi giorni si stanno avendo i primi indizi). Il professor Giudice ci guida in questo libro in un affascinante viaggio nel mondo della fisica delle particelle e ci fa conoscere le stupefacenti innovazioni tecnologiche che sono state necessarie per realizzare il più grande esperimento scientifico di sempre. Qui il link alla pagina del libro.

Il terzo saggio che vi consiglio è "On Intelligence" di Jeff Hawkins e Sandra Blakeslee (di cui potete vedere la copertina nell'immagine in alto). Di questo libro, in cui il neuroscienziato Jeff Hawkins espone la sua interessantissima ed innovativa teoria del funzionamento del cervello, abbiamo già parlato in un post precedente, che vi invito a consultare per saperne di più sull'argomento. Se l'inglese non vi spaventa troppo (purtroppo, per quanto ne so, non è mai stato tradotto in italiano) e la domanda "come funziona il cervello?" vi interessa, non potete davvero farvi sfuggire questo libro che costituisce una splendida e originale introduzione alle neuroscienze e all'intelligenza artificiale. Linko qui la pagina di amazon di "On Intelligence"

L'ultimo libro che voglio consigliarvi oggi è, come il precedente, disponibile solo in inglese; si tratta di "The Machinery of Life" del biochimico David Goodsell. Questo saggio, oltre ad essere un ottimo, e peraltro raro, esempio di divulgazione delle biologia molecolare, è perfetto per chi di voi ha apprezzato i precedenti post sulla visualizzazione scientifica dei "mondi molecolari" presenti all'interno delle nostre cellule. L'autore infatti è uno dei pionieri della visualizzazione scientifica in biologia, al suo lavoro, infatti ho intenzione di dedicare, in futuro, un post. "The Machinery of Life" è un viaggio nel microscopico mondo delle macchine molecolari che operano nelle cellule viventi; nel testo vari tipi di cellule e biomolecole sono presentate ai lettori facendo uso di una serie di bellissimi acquerelli scientificamente accurati. Ecco il link della pagina di Amazon del libro, per vedere alcune delle immagini del libro potete visitare la homepage del professor Goodsell.

Buon Natale e buona lettura allora! ;)

Scolpire nanoparticelle

2011-12-13T19:07:00.000+01:00

In un articolo recentemente pubblicato su "Science", un gruppo di ricercatori dell'"Istituto Catalano di Nanotecnologia" ha dimostrato l'efficacia di un nuovo metodo per produrre nanoparticelle cave dotate di una larga varietà di forme, anche dalla geometria notevolmente complessa. Al di là della loro intrinseca bellezza (che potete ammirare nella foto qui a fianco), simili nanostrutture rappresentano un grande passo avanti per la nanotecnologia grazie alle loro possibili applicazioni nel campo del "drug delivery" e della nanomedicina, della catalisi, e persino come componenti di macchine e robot di dimensioni nanometriche.

Costruire oggetti tridimensionali alla nanoscala, modellandoli secondo necessità, è qualcosa di davvero complicato e che presenta grandissime sfide tecnologiche. Per questo, fino ad oggi, gli scienziati si sono quasi sempre limitati a sfruttare le proprietà di nanotubi e nanostrutture senza modificarne la forma. Procedendo in questo modo, però, i gradi di libertà nell’assemblaggio e nella definizione della struttura di questi "nano-oggetti" sono sempre stati decisamente bassi.
Grazie ai ricercatori catalani autori dell'articolo questo problema adesso potrebbe essere risolto. Controllando grandezze come temperatura, tensione superficiale e forze intermolecolari delle sostanze presenti nell'ambiente circostante è possibile scegliere il grado di uniformità e il tipo di struttura dei nano-oggetti che vengono prodotti a partire da vari materiali. In particolare, ad esempio, lasciando interagire metalli liquidi che hanno tempi di diffusione diversi si possono creare piccoli manufatti bucati o a più strati (effetto Kirkendall). Oppure, mescolando un metallo ridotto (cioè al quale sono stati aggiunti elettroni) con un altro in stato ossidato (con meno elettroni) e con caratteristiche elettrochimiche particolari è possibile ottenere nano-oggetti rivestiti di uno dei due materiali (deposito galvanico). Questi due processi; l'effetto Kirkendall e la galvanizzazione, così come altre tecniche di corrosione, sono comunemente usate alla macroscala in numerosi processi industriali. Per questo motivo, il lavoro degli scienziati catalani è particolarmente promettente dal punto di vista commerciale, vista la relativa facilità con cui queste tecniche possono essere adottate su scala industriale.

"Si apre dunque la strada per un nuovo modo di modellare le nanoparticelle – ha commentato, sempre su Science, Wolfgang Parak dell’Università di Marburg – che finalmente ci permetterà di strutturarle in modo da incontrare perfettamente i nostri bisogni".

Nella figura qui sotto potete trovare le immagini (accostate ai rispettivi schemi) di alcune delle strutture create dai ricercatori; si va da nanoparticelle a forma di scatola aperta, di scatola polimetallica con doppie pareti e pori, fino a scatole compartimentate con pareti interne, nanoaghi di varie forme e fullereni metallici.

Medicina rigenerativa - Stampare organi

2011-12-12T20:46:00.004+01:00

In questo post voglio approfondire uno dei temi toccati da Daniel Kraft nella conferenza che è stata argomento di uno scorso post: la medicina rigenerativa.
Con questo termine ci si riferisce normalmente a tutta una ampia gamma di pratiche biomediche, ancora in fase di sviluppo o di recente adozione nella pratica clinica. Queste vanno dalla così detta "terapia cellulare", che consiste nell'inserimento di cellule staminali o cellule progenitrici direttamente nei tessuti in vivo, fino all'"ingegneria tissutale", termine con cui si intende la crescita in vitro di organi e tessuti destinati a trapianti.
Più in generale si può definire "medicina rigenerativa" qualunque pratica medica mirante a "rimpiazzare o rigenerare cellule, tessuti o organi in modo da ristabilire la loro normale funzionalità".
Ciò che vi voglio mostrare è una interessante conferenza in cui Anthony Atala, uno dei padri della medicina rigenerativa, illustra il suo pionieristico lavoro nel campo dell'ingegneria tissutale. Il professor Anthony Atala è direttore del "Wake Forest Institute for Regenerative Medicine", uno dei centri di ricerca più avanzati al mondo nel suo campo. In questo istituto, per la prima volta al mondo, organi "sintetici", cioè cresciuti in laboratorio, sono stati impiantati con successo in pazienti umani. Oggi nel centro diretto da Atala lavora un gruppo interdisciplinare di ricerca che è attualmente impegnato nello sviluppo di più di trenta tipi di organi e tessuti sintetici e di vari generi di terapie cellulari.

In questa conferenza TED il professore mostra un esperimento, ancora nelle sue in fasi iniziali, che potrebbe risolvere un domani il problema della donazione di organi: una stampante 3D che fa uso di cellule viventi per fabbricare reni trapiantabili. Nel video il dottor Atala ci mostra anche diverse avanzate macchine per l'ingegneria dei tessuti presenti nel suo laboratorio, dai bioreattori, dispositivi che mantengono al loro interno condizioni fisiche e chimiche tali da permettere la crescita di cellule o tessuti, fino alle vere e proprie "stampanti di organi" che sono in grado, strato dopo strato, di assemblare tessuti e organi umani funzionali. La possibilità di stampare organi è una delle più grandi promesse della medicina rigenerativa; per intuirne l'importanza basti pensare che, ogni giorno, moltissimi pazienti muoiono a causa della mancata reperibilità di organi disponibili per trapianti e che, negli ultimi dieci anni, se le domande di trapianto sono più che raddoppiate, il numero di trapianti effettuati è rimasto costante.

Il chip che imita il cervello - Hardware neuromorfico

2011-12-09T00:00:00.014+01:00

Ho già parlato di "hardware neuromorfico", cioè di circuiti integrati dotati di componenti pensate per imitare il funzionamento di neuroni e sinapsi, nel precedente post "Tre strade per costruire una macchina pensante" (che avevo pensato proprio come un'introduzione a ciò che state per leggere).

Nei giorni scorsi, ricercatori dell'MIT hanno compiuto un passo importante in questo campo riuscendo a realizzare dei chip in grado di imitare il modo in cui le reti di neuroni biologici rispondono e si adattano quando entrano in contatto con nuovi pattern di informazione. Il fenomeno in questione è detto "plasticità neurale" e gioca un ruolo fondamentale in tutte le funzioni cognitive superiori, incluso l'apprendimento e la memoria.
Il chip realizzato dagli scienziati americani è stato progettato in modo che gruppi di transistor possano imitare l'attività dei diversi tipi di canali ionici presenti sui neuroni. Con circa 400 transistor, invece, è possibile simulare sui chip di silicio l'attività di una singola sinapsi.
Sono presenti circa 100 miliardi di neuroni in un cervello umano, ognuno di questi si collega tramite sinapsi a numerosi altri. Le sinapsi sono il punto di contatto tra le pareti cellulari di due neuroni; qui l'impulso nervoso viene trasmesso da un neurone all'altro grazie a particolari sostanze dette neurotrasmettitori (come ad esempio il glutammato o il GABA). Queste, rilasciate dal neurone presinaptico, vanno a legarsi su specifici recettori posti sulla membrana dell'altro (neurone postsinaptico), provocando un cambiamento del potenziale elettrico ai capi della sua membrana cellulare. Il cambiamento del potenziale può innescare l'apertura di canali ionici voltaggio-dipendenti (come quelli di cui parlavamo in questo post), dando il via ad una brusca diminuzione della differenza di potenziale ai capi della membrana (detta depolarizzazione) che propaga l'impulso nervoso al resto del neurone postsinaptico. In questo caso si dice che il neurone in cui avviene la depolarizzazione "spara".
Tutta l'attività sinaptica dipende dai canali ionici, è chiaro quindi quanto sia importante poterne riprodurre il comportamento per ottenere chip neuromorfici biologicamente realistici.
"Ora siamo in grado di regolare finemente i parametri dei circuiti per riprodurre le caratteristiche di specifici canali ionici ed arrivare ad imitare quasi qualunque processo ionico che avviene nei neuroni" ha affermato uno dei ricercatori coinvolti nello studio. In precedenza si era in grado di simulare lo "sparo" dei neuroni e la propagazione dell'impulso nervoso ma non tutte le circostanze che possono esserne all'origine.
Il chip realizzato rappresenta un "significativo miglioramento nello sforzo di incorporare ciò che sappiamo sulla biologia dei neuroni e sulla plasticità sinaptica in un circuito CMOS (acronimo di complementary metal-oxide semiconductor, un tipo di tecnologia utilizzata in elettronica per la progettazione di circuiti integrati)". Secondo Dean Buonomano, professore di neurobiologia all'università della California a Los Angeles, "il livello di realismo biologico è impressionante".

I ricercatori dell'MIT pensano di utilizzare il chip per studiare numerose funzioni cerebrali, come ad esempio il riconoscimento visivo, senza dover ricorrere a costose simulazioni su supercomputer. Un'altra interessante applicazione del dispositivo è come interfaccia neurale, ad esempio per la realizzazione di retine artificiali, o come neuroprotesi. Inoltre, in un futuro forse non troppo lontano,
questi chip neuromorfici potrebbero diventare i "mattoni" con cui costruire una "macchina pensante" del tipo di quelle di cui parlavamo nello scorso post.

Il SETI riparte da Kepler

2011-12-07T14:41:00.001+01:00

Proprio in questi giorni il team della missione spaziale Kepler della NASA ha confermato l’esistenza di Kepler-22b, un pianeta extrasolare che orbita nella “fascia di abitabilità” della sua stella, simile al nostro Sole. Il pianeta, che si trova a circa 600 anni-luce da noi nella direzione della costellazione del cigno, ha un diametro pari a 2,4 volte quello terrestre che lo rende il piò piccolo pianeta potenzialmente abitabile scoperto fino ad oggi. La temperatura media superficiale stimata dagli astronomi è di circa 22 gradi, per questo potrebbe essere presente acqua liquida sulla superficie e, di conseguenza, condizioni adatte allo sviluppo della vita.

La notizia divulgata dalla NASA arriva in contemporanea a quella del Planetary Habitability Laboratory dell'Università di Puerto Rico ad Arecibo che proprio grazie ai dati di Kepler ha condotto una nuova valutazione dell'abitabilità dei pianeti già compresi nell'Habitable Exoplanets Catalog (HEC) che non solo raccoglie i nuovi esopianeti ma li classifica secondo diversi indici di abitabilità. Prima di Kepler-22b solo due esopianeti confermati hanno soddisfatto tutti i criteri di abitabilità nel catalogo: Gliese 581d e HD 85512b, entrambi classificati come esopianeti di tipo terrestre.

E' proprio in questo contesto di ottimi risultati scientifici da parte della missione Kepler che, dopo essere stato fermo per sei mesi a causa di problemi di finanziamenti, riapre l' Allen Telescope Array (ATA) (mostrato in figura).Questo osservatorio radioastronomico è il principale strumento di ricerca del progetto SETI (acronimo di "Search for Extra-Terrestrial Intelligence", cioè "Ricerca di Intelligenza Extraterrestre"). Il SETI è un programma scientifico privato, fondato negli anni settanta da Carl Sagan e Frank Drake, dedicato alla ricerca della vita intelligente extraterrestre abbastanza evoluta da poter inviare segnali radio nel cosmo.
Gli obbiettivi principali della nuova campagna di ascolto dell'ATA saranno proprio gli esopianeti potenzialmente abitabili scoperti negli ultimi tempi dalla missione Kepler.

"Questa è una splendida opportunità per le osservazioni SETI", ha commentato il Dottor Jill Tarter, direttore del "Center for SETI Research" presso il SETI Institute; "Per la prima volta, possiamo puntare i nostri telescopi verso stelle che sappiamo ospitare sistemi planetari contenenti pianeti dalle caratteristiche di abitabilità analoghe a quelle della Terra. Questo tipo di mondi potrebbe essere la casa di altre civiltà in grado di costruire radiotrasmettitori"
Pur non limitandosi a questi, i primi pianeti che verranno esaminati nell'ambito del progetto SETI saranno quelli che si trovano all'interno della "zona di abitabilità" della loro stella. La "zona di abitabilità" contiene tutte le distanze orbitali da una stella che permetterebbero la presenza di acqua liquida sulla superficie di un eventuale pianeta; questa proprietà è molto importante per il tipo di ricerche svolte dal SETI, la maggior parte degli astrobiologi, infatti, concordano sul fatto che la presenza di acqua liquida sia essenziale per l'esistenza della vita. Il telescopio ATA passerà i prossimi due anni osservando questi sistemi planetari alle lunghezze d'onda tra 1 e 10 GHz, una finestra dello spettro elettromagnetico naturalmente silenziosa, riuscendo a monitorare contemporaneamente milioni di canali contemporaneamente.

La ripresa delle operazioni dell'ATA è stata possibile grazie al grande supporto ricevuto da privati cittadini che in questi mesi hanno compiuto donazioni sul sito www.SETIStars.org. Mantenere in attività il programma SETI ha un costo ma il gioco vale decisamente la candela perché, se la ricerca avesse successo, le implicazioni sarebbero davvero senza precedenti, oltre a rispondere alla fondamentale domanda: "Siamo soli nell'universo?" captare un segnale radio prodotto da una civiltà aliena getterebbe una luce completamente nuova su questioni come: "Quanto è probabile la nascita della vita?" "E di forme di vita intelligenti?" "Come potrebbe evolvere la vita nel futuro?". In proposito consiglio la lettura di due interessanti approfondimenti, rispettivamente di Stephen Hawking e di Nick Bostrom, che potete trovare qui e qui, tradotti in italiano sul bel sito Futurology.it.

Tre strade per costruire una macchina pensante

2011-12-06T00:00:00.006+01:00

Abbiamo già parlato in post precedenti di alcuni progetti, al momento in corso, che mirano a realizzare un vero e proprio "cervello artificiale"; un computer che funzioni secondo gli stessi principi di funzionamento del nostro cervello. Una cosa che non abbiamo detto è, però, che ci sono almeno tre approcci notevolmente diversi alla creazione di una simile macchina pensante.

Il primo, che potremmo definire "di forza bruta", è quello attuato da Hanry Markhram con il suo Blue Brain Project: utilizzare potentissimi supercomputer per simulare un intero cervello a partire dai singoli neuroni. Questo approccio pur presentando numerosi vantaggi ed un enorme interesse scientifico (ad esempio come strumento di ricerca neurobiologica) è decisamente inefficiente dal punto di vista energetico e delle risorse di calcolo.
Per capire il perché è sufficiente dare un'occhiata alle grandezze in gioco.
Per simulare in questo modo un cervello umano servirà un supercomputer con una potenza di calcolo di decine di miliardi di megaflops (i flops, o FLoating point Operations Per Second, sono il numero di operazioni in virgola mobile eseguite in un secondo da un calcolatore), che per il suo funzionamento consumerà probabilmente decine di milioni di watt di potenza (il consumo medio di qualche decina di migliaia di abitazioni). Un supercomputer computer del genere dovrebbe essere disponibile entro una decina d'anni, tuttavia se si pensa che al cervello umano per esibire tutte le sue peculiari proprietà bastano circa 2 miliardi di megaflops e 20 watt di potenza diventa chiaro quanto poco efficiente sia simularne il funzionamento basandosi su una architettura di calcolo classica.
E' probabile che questo tipo di simulazioni rimarranno sempre, almeno per alcuni scopi, le più utili, tuttavia realizzare sistemi di intelligenza artificiale neuroispirati "portatili", come ad esempio quelli per la robotica, con questo metodo non sarà una strada praticabile per molto tempo (almeno fino a quando non si saranno concretizzate le promesse più estreme della nanotecnologia molecolare).
E' proprio per ovviare a tutti i lati negativi del metodo "simulazione diretta" e soddisfare queste diverse esigenze che sono stati pensati gli altri due approcci.

Il secondo è ben rappresentato, ad esempio, dal lavoro di Jeff Hawkins o Deleep George (di cui abbiamo già parlato qui) e consiste nel cercare di carpire dagli studi neuroscentifici la vera "essenza" di ciò che fa il cervello dal punto di vista computazionale, tralasciando i "dettagli neurobiologici" inessenziali (e risparmiando quindi molta capacità di calcolo ed energia). In altre parole trovando "l'algoritmo corticale" di cui parla Hawkins non sarebbe più necessario simulare un cervello nei minimi dettagli per ottenere una macchina dotata di intelligenza e pensiero umano. Infatti basterebbe far "girare" questo "algoritmo dell'intelligenza" direttamente su un computer per ottenere una intelligenza artificiale di livello umano; proprio come per simulare le proprietà di processamento dell'informazione di un circuito non è necessario simularlo a partire dagli atomi che lo costituiscono ma basta disporre di una sua schematizzazione, in altre parole di un modello matematico del suo funzionamento.

Il terzo approccio consiste invece nella creazione di "hardware neuromorfico" cioè di circuiti integrati che implementino direttamente nella loro struttura fisica l'architettura del sistema nervoso tramite componenti progettate per imitare le funzioni di neuroni e sinapsi. La vera sfida in questo caso è l'accuratezza biologica, questa è chiaramente più difficile da ottenere nel realizzare un sistema fisico piuttosto che una simulazione virtuale. Nonostante le difficoltà che presenta questo approccio, in caso di riuscita si avrebbe sicuramente un sistema molto efficiente economico e compatto, quindi perfetto per gli usi "portatili" cui si accennava prima. In questo settore, di evidente rilevanza strategica è in corso una vera e propria corsa tecnologica tra l'Europa con il progetto BrainScales e gli Stati uniti con il progetto SyNAPSE della DARPA in collaborazione con la IBM.

Ciò che vi ho appena raccontato vuole essere una introduzione ad un altro post che pubblicherò a breve, in cui vi parlerò di un importante passo avanti compiuto di recente da ricercatori dell'MIT proprio nel campo dei chip neuromorfici. Restate in ascolto per il resto della storia! ;)

La realtà fisica della funzione d'onda

2011-12-02T00:00:00.001+01:00

E' stato recentemente pubblicato sulla rivista arXiv un articolo che potrebbe avere un grosso impatto sulla meccanica quantistica e sul modo di interpretarla. Tre ricercatori hanno mostrato come la funzione d’onda - sulla cui interpretazione i fisici discutono dal 1920 - non sia uno strumento puramente statistico ma un oggetto fisicamente reale.
La funzione d'onda è un oggetto matematico che riassume tutte le informazioni circa uno stato quantistico di una particella. Questa entità matematica viene comunemente utilizzata per determinare le probabilità che le particelle quantistiche mostrino determinate proprietà quando sottoposte ad un processo di misura. Mentre molti fisici hanno sempre interpretato la funzione d'onda come uno strumento statistico che riflette la nostra ignoranza sulle particelle oggetto di valutazione, il lavoro di Matthew F. Pusey, Jonathan Barrett e Terry Rudolph dimostra come essa debba essere considerata come un oggetto fisicamente reale. Nell'abstract dell'articolo i firmatari scrivono:

"Le funzioni d'onda sono gli oggetti matematici alla base della teoria quantistica. E' per questo sorprendente che fino ad ora i fisici non siano stati in grado di trovare un accordo su cosa queste rappresentino. Ci sono, in proposito, almeno due scuole di pensiero, ognuna delle quali antica quasi quanto la teoria quantistica stessa. La prima vede la funzione d'onda come una proprietà fisica di un sistema, proprio come lo sono la posizione o la quantità di moto in meccanica classica. La seconda la vede come un mero strumento statistico, come una distribuzione di probabilità in meccanica statistica. In questo articolo, partendo da pochi assunti largamente condivisi, mostriamo come l'interpretazione statistica della funzione d'onda è inconsistente con le predizioni della meccanica quantistica."

Una coppia di particelle quantistiche si definisce in uno stato di "entanglement" quando è avvenuta una interazione tale che una grandezza osservabile dell'una sia necessariamente complementare a quella dell'altra (ad esempio se una possiede spin -1/2 l'altra deve avere 1/2). In queste condizioni si verifica una sorta di "azione a distanza" per la quale, quando la sovrapposizione di stati di una delle due viene fatta collassare da una misura, istantaneamente, anche la funzione d'onda dell'altra particella collassa nello stato opposto. Questo avviene a prescindere dalla distanza alla quale si trovano le due particelle, apparentemente violando il limite della velocità della luce nella velocità di trasferimento dell'informazione.
E' su alcuni aspetti di questo bizzarro, seppur ben verificato, fenomeno che si basano le considerazioni esposte nel nuovo articolo dei fisici dell'Imperial College di Londra.

La portata teorica del loro lavoro è notevole: "Non vorrei sembrare enfatico, ma credo che a questo documento andrebbe probabilmente applicata la parola 'sismico’ ", spiega Antonio Valentini, fisico teorico specialista in fondamenti quantistici alla Clemson University, in South Carolina.

Il dibattito sull’interpretazione della funzione d'onda risale al 1920. Nell’interpretazione di Copenaghen, introdotta dal fisico danese Niels Bohr, la funzione d'onda era considerata come un mero strumento di calcolo. La linea di pensiero allora più diffusa nella comunità scientifica non incoraggiava a cercare una spiegazione più profonda riguardo alla funzione d'onda.
Anche Albert Einstein favorì un’interpretazione statistica della funzione d'onda; egli pensava addirittura che dovesse esserci qualche altra realtà sottostante non ancora conosciuta, in altre parole delle "variabili nascoste". Oggi numerosi esperimenti escludono nettamente questa possibilità: la natura al suo livello più elementare ha un comportamento intrinsecamente casuale. Altri invece, come il fisico austriaco Erwin Schrödinger, considerarono la funzione d'onda, almeno inizialmente, come un oggetto fisico reale.
Oggi, nonostante l'interpretazione di Copenaghen sia divenuta meno popolare di un tempo, è ancora molto diffusa l'idea che la funzione d'onda rifletta ciò che noi possiamo conoscere del mondo, piuttosto che la realtà fisica. Con l'articolo pubblicato però le cose sono destinate a cambiare; si può davvero dire che in questi giorni si apre un nuovo capitolo nella storia dell'interpretazione della meccanica quantistica.

E-ELT - Il più grande occhio sul cielo

2011-11-26T00:00:00.004+01:00

E' di circa un mese fa la notizia che, con una cerimonia ufficiale, il Ministro degli Affari Esteri del Cile, Alfredo Moreno, e il Direttore Generale dell’ESO (European Southern Observatory), Tim de Zeeuw, hanno siglato l’accordo sulla costruzione di E-ELT (European Extremely Large Telescope). L’accordo tra ESO e governo cileno prevede la donazione dei terreni sui quali sorgerà il telescopio, una concessione a lungo termine per crearvi attorno una zona protetta, ed il supporto da parte del governo cileno.

L' European Extremely Large Telescope (E-ELT), progettato per essere il telescopio ottico più grande della prossima generazione, disporrà di uno specchio primario di ben 39 metri.

L'attuale tecnologia di fabbricazione degli specchi pone un limite intorno agli otto metri per quelli costituiti da un singolo pezzo; per questo tutti i più recenti telescopi di grandi dimensioni usano una sorta di fitto "mosaico" di specchi esagonali per formarne di compositi. Un'altra caratteristica dei più recenti telescopi di cui sarà dotato anche E-ELT è un sistema di "ottica adattiva", che, grazie a piccole deformazioni controllate dei suoi specchi, sarà in grado di compensare i disturbi della turbolenza atmosferica rendendo effettivo tutto il potenziale reso disponibile dal grande diametro. Il telescopio sorgerà, presso il Cerro Armazones, una regione del deserto cileno a soli 20 km dal Cerro Paranal dove sorge il VLT (Very Large Telescope), la principale struttura osservativa dell'ESO: un sistema di quattro telescopi ottici separati dal diametro di 8 m ciascuno, affiancati da vari strumenti minori. La costruzione di E-ELT comincerà nei primi mesi del 2012 mentre è nel 2018 che dovrebbero cominciare le prime campagne osservative.

E-ELT affronterà una delle maggiori questioni scientifiche del nostro tempo cercando di rispondere alla domanda "siamo soli nell'universo?". Uno dei suoi obbiettivi infatti sarà quello di individuare ed osservare pianeti di tipo terrestre orbitanti nella fascia di abitabilità della propria stella, riuscendo addirittura a studiarne la composizione chimica atmosferica. Il nuovo telescopio contribuirà anche a sondare la natura di materia ed energia oscura e a migliorare i modelli cosmologici attuali misurando con precisione le proprietà delle prime stelle e galassie. Ma gli astronomi prevedono anche delle sorprese, è molto probabile infatti che nuove ed imprevedibili questioni sorgeranno osservando il cielo con uno strumento senza precedenti come E-ELT.

Connettomica – Costruire una mappa della mente

2011-11-22T08:28:00.000+01:00

Vi segnalo che oggi è stato pubblicato su FuturoProssimo un mio articolo sulla connettomica, la scienza, ancora neonata, della mappatura delle connessioni cerebrali... Ne avevamo già parlato in altri post e in particolare in "I am my connectome - Io sono il mio connettoma" dove vi ho mostrato una conferenza del professor Sebastian Seung sull'argomento.
Se volete saperne di più sugli sviluppi e le prospettive di questa affascinante avventura scientifica, ecco il link all'articolo...

Transumanesimo - Un' introduzione

2011-11-21T14:10:00.000+01:00

In questo post voglio mostrarvi una conferenza di Nick Bostrom, professore di filosofia all'università di Oxford, che ritengo una buona introduzione ai temi del transumanesimo.
Questi comprendono le più estreme implicazioni e prospettive future degli argomenti scientifici e tecnologici spesso trattati in questo blog: dalle nanotecnologie molecolari (di cui ho già parlato in questo post) alla crionica (potete trovare altre informazioni e approfondimenti qui, qui e qui), fino al "mind uploading" ( approfondimenti qui, in inglese) o alla possibilità di fermare l'invecchiamento grazie a terapie biotecnologiche (di cui abbiamo già parlato di recente). Tutto questo potrebbe sembrare fantascienza ma, grazie al lavoro di chi fa ricerca scientifica, si sta rapidamente concretizzando, anzi, osservando i trends (qui trovate un approfondimento in proposito) di sviluppo di molti settori scientifici e tecnologici, pare possibile, se non probabile, che molto di tutto ciò divenga realtà nel corso di questo secolo o addirittura tra pochi decenni.
Ora forse vi starete chiedendo: "Cos'è il Transumanesimo?"
Per rispondere a questa domanda riporto da wikipedia alcuni dei passi che ritengo più significativi:

"Il transumanesimo o transumanismo (a volte abbreviato con >H o H+ o H-plus) è un movimento culturale che sostiene l'uso delle scoperte scientifiche e tecnologiche per aumentare le capacità fisiche e cognitive e migliorare quegli aspetti della condizione umana che sono considerati indesiderabili, come la malattia e l'invecchiamento, in vista anche di una possibile trasformazione post-umana."

"Seguendo le tradizioni filosofiche dell'Umanesimo rinascimentale, pone gli esseri umani al "centro" dell'universo morale, e sostiene che non esistano forze sovrannaturali che guidino l'umanità. Tende inoltre a preferire discussioni razionali e osservazioni empiriche dei fenomeni naturali e promuove pertanto scienza e ragione.
Seguendo la tradizione scientifica, morale e filosofica del XIX secolo, influenzata dall'Illuminismo e dal Positivismo, il transumanesimo si pone come obiettivo l'utilizzo della conoscenza globale come mezzo in vista di un miglioramento individuale e civile."

"Si cerca di applicare la ragione, la scienza e la tecnologia allo scopo di ridurre la povertà, la malattia, la disabilità, la malnutrizione e i governi oppressivi esistenti nel mondo, per far sì che la realtà materiale della condizione umana soddisfi le promesse di equità e giustizia legale e politica e di automiglioramento, eliminando barriere mentali e fisiche congenite. In riferimento a questo obiettivo molti transumanisti considerano positivamente il potenziale futuro della tecnologia e di sistemi sociali innovativi per il miglioramento della qualità della vita."

Se siete incuriositi o volete approfondire vi consiglio una visita alla pagina introduttiva del bel sito Estropico.org, di dare un occhiata alla pagina "Transumanesimo? Estropia?! Ma dove sono capitato?!" su EstropicoBlog o di guardare la pagina di wikipedia in proposito (linko la pagina in inglese perché più completa della voce italiana).
Dopo questa necessaria premessa torniamo a parlare del video argomento di questo post. Il conferenziere, Nick Bostrom è uno dei padri del transumanesimo, fondatore della "World Transhumanist Association" (ora Humanity+), oggi dirige il "Future of Humanity Institute" presso l'università di Oxford. Questo istituto è un centro di ricerca interdisciplinare pensato per riflettere sulle prospettive e i pericoli che attendono l'umanità nel suo futuro.
Nel video Bostrom specula sulla possibilità di alterare la natura fondamentale dell' umanità per risolvere i problemi più intrinseci dell'esistenza umana.

Ho deciso introdurre questo argomento non solo perché penso che questo possa interessare tutti coloro che seguono gli sviluppi di scienza e tecnologia, ma anche e soprattutto perché, come dicevo nel primo post, ritengo importante che si diffonda una maggior conoscenza anche delle implicazioni più estreme di ciò che, già oggi, si sta realizzando nei laboratori di ricerca di tutto il mondo, in modo tale che si possa instaurare un dibattito pubblico positivo e informato in proposito.

A questo punto non mi resta che auguravi buona visione!

Sconfiggere l'invecchiamento - La prossima sfida per la scienza

2011-11-21T00:00:00.003+01:00

Come fa notare Hugo Aguilaniu, biologo molecolare del CNRS (Centre national de la recherche scientifique) all'Ecole normale supérieure di Lione, in un articolo recentemente apparso sul quotidiano "Le Monde" siamo di fronte ad un vero e proprio "tsunami scientifico": ogni mese vengono pubblicati più di 1000 articoli scientifici sulla biologia dell'invecchiamento o sulla "biotecnologia della longevità". Nell'articolo apparso qualche giorno fa sul giornale francese il professor Aguilaniu afferma: "nel prossimo decennio, una molecola in grado di aumentare la durata della vita umana potrebbe essere messa in commercio" , "all'Ecole normale supérieure di Lione" - continua il ricercatore - "riusciamo a far vivere per ben trecento giorni un verme che, normalmente, sopravvivrebbe solo per diciannove. Tutto questo modificando solo 3 coppie di basi nel suo genoma".

Nel giro di una settimana, nei primi giorni di questo mese, sono stati pubblicati tre diversi risultati scientifici ciascuno dei quali segna una vera svolta nella lotta contro l'invecchiamento.

Il primo di questi studi, i cui autori sono un gruppo di ricercatori francesi dell'istituto di genomica funzionale di Montpellier, ha mostrato come cellule prelevate da pazienti ultranovantenni possano essere "ringiovanite", eliminando alcuni tipi di danni cellulari, per riportarle allo stadio di cellule staminali.
I ricercatori si sono concentrati sulla riparazione dei danni provocati nel corso del tempo ai telomeri. I telomeri sono la regione terminale dei cromosomi, composti da DNA altamente ripetuto e non codificante per alcun prodotto proteico, hanno un ruolo determinante nell'evitare la perdita di informazioni durante la duplicazione dei cromosomi stessi. Il risultato ottenuto dai ricercatori, oltre a dimostrare una volta per tutte come l'invecchiamento sia un processo a tutti gli effetti reversibile, apre la strada a numerose possibili applicazioni nel campo della medicina rigenerativa (a cui ho intenzione di dedicare un post a breve).

Il secondo grande risultato di questi giorni è opera di un équipe di ricercatori della Mayo Clinic, in Minnesota, che sono riusciti a "ringiovanire" vari tipi di tessuti nei topi rimovendo le cellule senescenti che sono la causa di molte delle patologie legate all'invecchiamento. A questa notizia ho dedicato un articolo che, nei giorni scorsi, è stato postato su "Futuro Prossimo" (lo linko qui per chi volesse approfondire).

Sempre in questi giorni scienziati svedesi dell'università di Göteborg sono riusciti a ottenere nel lievito gli effetti delle "restrizione calorica" semplicemente aggiungendo nelle cellule un particolare enzima. Il regime di "restrizione calorica" è una dieta poverissima di calorie che induce, anche nei mammiferi, alterazioni metaboliche ancora non del tutto conosciute che causano un significativo aumento della longevità.

Intanto si stanno facendo, anche grazie al continuo miglioramento delle tecniche di sequenziamento del DNA, progressi sempre più rapidi nella ricerca di un "segreto genetico" della longevità. Tanto per fare un esempio è di ottobre la notizia che un gruppo della Emory University ha identificato nei moscerini un gruppo di geni importanti nella regolazione dell'invecchiamento e nella risposta agli stress delle cellule muscolari. Sempre in questo campo è stata di recente lanciato l'"Archon Genomics X Prize" un premio da 10 milioni di dollari (oltre 7 milioni di euro) per i primi che riusciranno a sequenziare l’intero genoma di 100 centenari in soli 100 giorni. Il concorso è sponsorizzato dalla Medco, una compagnia che lavora nel campo della sanità, per promuovere lo sviluppo di tecnologie capaci di perfezionare ancora le tecniche di sequenziamento genetico.
Anche programmi come quelli della fondazione SENS (Strategies for Engineered Negligible Senescence Foundation), una organizzazione che si dedica proprio a realizzare e promuovere la ricerca scientifica mirata a sconfiggere l’invecchiamento, fondata dall'eccentrico e geniale biogerontologo Aubrey de Gray, stanno cominciando riportare i primi successi.

Dan Perry, presidente della "Alliance For Aging Research" ha dichiarato che ci sarà ancora bisogno ancora di molti finanziamenti e di tempo perché i risultati di questa vera e propria "primavera scientifica" si concretizzino nella pratica clinica ma la posta in gioco è alta: "la speranza non è solo quella di estendere la durata della vita, ma soprattutto quella di estendere la durata della vita in buona salute, riducendo l'impatto di diabete, malattie cardiovascolari e cancro, in modo da migliorare la qualità della vita di chi è in là con gli anni".

Crosspostato su Estropico Blog.

Conferenza web sull'intelligenza arificiale

2011-11-19T00:00:00.004+01:00

Voglio segnalarvi che mercoledì 23/11/2011 dalle ore 20:50 alle 21:50 si terrà su Oliproject una lezione-conferenza web a cura di Vittorio Murino, direttore del dipartimento di pattern analysis & computer vision dell'Istituto Italiano di Tecnologia, dal titolo: "Sistemi artificiali “intelligenti”: gli obiettivi raggiunti e le prospettive di domani".
Queta conferenza fa parte di una serie di lezioni-web interattive curate dall’Istituto Italiano di Tecnologia in collaborazione con Oliproject per raccontare al grande pubblico lo stato dell’arte della ricerca di base e applicata in campi che spaziano dalle nanotecnologie alle neuroscienze .

Ecco il link alla pagina dell'evento e la sua descrizione:

Il riconoscimento di oggetti e persone, di ambienti e situazioni, è una delle caratteristiche peculiari dell'intelligenza umana, e negli ultimi anni gli scienziati sono riusciti a trasferirla in parte sui sistemi artificiali rendendoli "intelligenti".
Ma cosa significa per una macchina essere in grado di riconoscere gli oggetti e le situazioni? E quali saranno i vantaggi, e gli svantaggi, che potranno scaturire in futuro da queste tecnologie?

Avviso ai lettori

2011-11-16T23:19:00.002+01:00

Voglio avvisarvi che, causa esami universitari, sarò costretto a rallentare un pò il ritmo dei post fino alla fine dell'anno. Cercerò comunque di continuare a pubblicare almeno un post alla settimana. Continuate a seguirmi! :)

Spiegare la coscienza

2011-11-16T21:10:00.003+01:00

Nella conferenza che vi voglio mostrare con questo post, Daniel Dennett, filosofo e logico statunitense, da sempre studioso del funzionamento della mente, cerca di diradare i pregiudizi, largamente diffusi, riguardo alla possibilità di spiegare scientificamente la coscienza e l'esperienza soggettiva.

Nel video Dennet ci vuole mostrare come, nonostante ci si creda tutti in qualche modo "esperti" di coscienza per il solo fatto di possederla, si possa essere facilmente ingannati da trucchi ed illusioni ottiche. Queste mettono in luce quanto, a dispetto di quello che crediamo, si sia poco consapevoli di cosa questa sia e di come essa si generi.
E' questa l'illusione su cui germoglia e prospera la convinzione filosofica detta "dualismo cartesiano", che vede il "piano fisico" nettamente separato da un etereo "piano mentale", che spesso rende diffidente il grande pubblico nei confronti degli sforzi scientifici che mirano a "spiegare la mente". Oggi gli sviluppi delle neuroscienze mostrano in modo sempre più palese quanto sia fallace ed insostenibile questa convinzione che, nonostante tutto, come tutti i pregiudizi, è decisamente "dura a morire".
Per approfondire questi argomenti consiglio la lettura di "Sweet Dreams", un bel saggio in cui Dennett mostra come la filosofia finisca spesso per ostacolare lo sviluppo di una scienza della coscienza. Con l'ironia che lo contraddistingue, l'autore passa in rassegna molti dei più noti argomenti filosofici, smontandoli passo dopo passo sulla scorta sia delle conquiste delle scienze cognitive sia di numerosi trucchi ed illusioni ottiche, per mostrare come la coscienza non sia un "mistero" da sacralizzare ma un oggetto di studio da indagare scientificamente.

La conferenza che state per vedere è stata filmata nella stessa occasione di quella di Jeff Hawkins che è stata argomento di un post precedente. Alla fine del suo discorso Dennett, citando proprio Hawkins, sottolinea l'importanza e la necessità di sviluppare vere e proprie "teorie del cervello" del tipo di quella proposta dal neuroscienziato nel suo precedente intervento.

Prima di lasciarvi alla visione del video voglio riproporvi le parole di Enrico Bellone, fisico, filosofo della scienza e direttore del mensile "Le Scienze" per molti anni, recentemente scomparso:

"[Esiste] una convinzione che è popolare in gran parte della filosofia e del senso comune, e che colloca gli umani in una posizione privilegiata rispetto agli altri corpi viventi […] Essa sostiene […] che solo gli umani possiedono una mente immateriale – una variante dell'anima – dove alloggiano le idee […] Le idee, quindi, formerebbero quel mondo spirituale che indichiamo con il nome cultura e al quale solo gli umani possono accedere […] Il mentalismo non è tuttavia in grado di rispondere ai quesiti più elementari che si presentano a chiunque seriamente accetti la distinzione tra mente e corpo […] Dire che la mente è misteriosamente in grado di regolare il corpo equivale insomma a dire che un arcangelo è misteriosamente in grado di regolare l'orbita di Marte. Il mentalismo, quindi, va lasciato ai mistici...
Nel respingere il mentalismo si abbandona anche l'illusione che l'uomo sia la misura di tutte le cose […] Ma nel negare questa illusione antropocentrica non si compie un'operazione di svilimento della nostra specie. Al contrario, si coglie la bellezza dell'attività conoscitiva che si produce negli umani e negli altri corpi viventi, tutti insieme indaffarati nelle loro specifiche azioni di adattamento all'ambiente che li ospita."

Questi passaggi sono tratti da: "Molte nature. Saggio sull'evoluzione culturale", Raffaello Cortina Editore, Milano 2008. Nota: nei sottotitoli del video è erroneamente trascritta la parola "truci" al posto di "trucchi".

Il futuro della medicina - FutureMed

2011-11-14T13:16:00.000+01:00

Negli anni che stiamo vivendo due fenomeni tra loro collegati stanno trasformando radicalmente il mondo della scienza e della tecnologia.
Questi fenomeni sono la convergenza di campi del sapere prima ritenuti separati e la crescita tecnologica esponenziale.

Il primo è una delle ragioni del nome di questo blog; in questi anni scienze come biologia, fisica, chimica e informatica, si stanno intrecciando sempre più arrivando in certi casi quasi a fondersi in un tutt'uno. La parola chiave in molti campi di ricerca è ormai "interdisciplinarità" e i confini tra le materie si fanno sempre più sfumati. Questa convergenza è spesso chiamata in inglese "NBIC convergence" (dove NIBC sta per nano-bio-info-cogno: nanotecnologie-biologia-informatica-scienze cognitive).

Dell'altro fenomeno, a cui in futuro ho intenzione di dedicare un post a sé, abbiamo già accennato qualcosa in diversi post precedenti. L'archetipo di questa tendenza alla crescita esponenziale della tecnologia è la così detta legge di Moore. Nel 1965, Gordon Moore cofondatore della Intel, in base al trend già allora in atto, formulò la seguente legge empirica: "Le prestazioni dei processori, e il numero di transistor ad esso relativo, raddoppiano ogni 18 mesi".
Fino ad oggi, per più di 40 anni, l'evoluzione dei componenti elettronici ha sempre seguito la predizione di Moore e non si intravvede nessun cenno che questo trend si debba arrestare in un prossimo futuro.
Nel tempo si è scoperto che questo tipo di sviluppo esponenziale non riguarda solo l'elettronica ma si trova anche in numerosi altri settori tecnologici: dalla miniaturizzazione dei componenti meccanici alle tecniche di sequenziamento del DNA.

E' probabile che i due processi appena descritti trasformino, nei prossimi decenni, quasi ogni aspetto della nostra civiltà. La medicina non fa eccezione; anche questa subirà radicali mutamenti a seguito della rivoluzione silenziosa che ci troviamo a vivere.

Il video che vi voglio mostrare in questo post parla proprio di questo:
Daniel Kraft, oncologo, professore all'università di Stanford e membro della Singularity University, ci offre, in questa conferenza TED, una rapida panoramica delle tecnologie, delle idee e dei progetti che stanno per trasformare la pratica clinica.
Daniel Kraft è anche direttore esecutivo di "FutureMed" un evento di cinque giorni, patrocinato dalla Singularity University che, arrivato alla sua seconda edizione, si terrà dal 6 all' 11 febbraio, presso l'Ames Research Park della NASA, in California. Il programma Future Med è pensato proprio per informare, educare e preparare medici, imprenditori e decisori politici, riguardo alle grandi opportunità e conseguenze dovute alla crescita esponenziale delle tecnologie convergenti nel settore sanitario. Il video che state per vedere è anche una sorta di introduzione a "Future Med".

Marte, prossima frontiera?

2011-11-10T17:07:00.000+01:00

Si è conclusa in questi giorni la simulazione di una missione spaziale su Marte: "Mars 500". Per 520 giorni i sei astronauti Alexei Sitev, Sukhrob Kamolov, Alexander Smoleevsky, Romain Charles, Wang Yue e l'italo-colombiano Diego Urbina, sono stati chiusi, all’interno del Russian Institute for Biomedical Problems di Mosca, in una struttura di isolamento che simulava col massimo realismo possibile l'interno di una navicella spaziale in viaggio verso marte.

Quella che si è conclusa questo 4 novembre è stata una vera e propria "prova generale" di un viaggio di andata e ritorno verso il pianeta rosso, necessaria per testare le reazioni psicologiche e fisiologiche degli astronauti ad un periodo di isolamento così lungo.
I membri dell'equipaggio, per questo motivo, sono stati sottoposti a moltissime ore di esperimenti: i loro cervelli sono stati monitorati e i loro organismi tenuti sotto controllo, sono stati registrati i valori di stress, dei livelli ormonali, le risposte del sistema immunitario, la qualità del sonno e il tono del loro umore.

Anche se gli scienziati impiegheranno circa un anno per analizzare i dati ottenuti e pianificare ulteriori esperimenti si può già dire che il progetto sia stato un successo. Patrik Sundblad, specialista ESA in Scienze della vita ha dichiarato:“l’equipaggio può sopravvivere all’isolamento inevitabile che richiede una missione di andata e ritorno su Marte. Psicologicamente si può fare”.

Ma quali sono le prospettive di realizzazione di un viaggio con equipaggio umano verso marte in un prossimo futuro?

La NASA, sotto l'amministrazione Obama, ha rivolto la sua attenzione altrove, verso una possibile missione su un asteroide verso il 2025. Di una missione americana alla volta del pianeta rosso, almeno per il momento, non se ne parla quindi fino a dopo il 2030. Anche l'ESA con il suo "Programma Aurora" pone come data per una missione umana su marte il 2030. Anche per le altre agenzie spaziali e per le potenze emergenti in campo spaziale come l'India ma soprattutto la Cina una missione di questo tipo è ancora lontana.
Dai privati, che negli Stati Uniti stanno rivoluzionando la scena del volo spaziale, sembra arrivare qualche speranza in più. Vanno in questo senso recenti dichiarazioni di Elon Musk, fondatore di SpaceX.
E Tuttavia forse è ancora troppo presto per dire se tutte le aspettative in proposito riusciranno a concretizzarsi nel modo sperato.

Una affascinante proposta di missione umana verso Marte è "Mars Direct". Questo progetto di missione è stato elaborato da Robert Zubrin, ingegnere areospaziale e scrittore americano, grande sostenitore della colonizzazione umana su marte, che l'ha esposta estesamente nel libro "The Case for Mars". Il principale punto di forza di "Mars Direct" è di essere stata pensata come una missione efficiente dal punto di vista dei costi e realizzabile in un tempo relativamente breve utilizzando esclusivamente tecnologie già in uso.
Per promuovere l'obiettivo dell'esplorazione e dell'insediamento umano sul pianeta rosso Zubrin ha fondato la "Mars Society" (che possiede anche un capitolo italiano di cui linko il sito).
In futuro vorrei dedicare altri post a questi argomenti. Per ora vi voglio lasciarvi con un bel video artistico che illustra visivamente le fasi di un primo viaggio verso Marte realizzato secondo lo schema di MarsDirect.

Nella prima parte del video vediamo la partenza e l'atterraggio della "navicella di rientro" senza equipaggio a bordo che precede il viaggio degli astronauti vero e proprio. Subito dopo l'arrivo su Marte di questa prima navicella, grazie a rover robotizzati, vengono ricaricati i serbatoi del modulo di rientro utilizzando le risorse presenti sul suolo marziano e viene piazzato un radiofaro per guidare l'atterraggio della seconda navicella. In seguito il video mostra proprio il viaggio di quest'ultima che, con gli astronauti a bordo, viene messa in rotazione per simulare la gravità lungo il tragitto tra Marte e la Terra.
Dopo il lancio di un secondo modulo di rientro da utilizzare in caso di malfunzionamento del primo o, nel caso tutto vada secondo i piani, per una seconda missione, viene mostrato lo storico momento in cui, per la prima volta un portellone si apre schiudendo alla vista di un astronauta umano il paesaggio del pianeta rosso.
Per chi fosse interessato ad approfondire questi argomenti consiglio la visione dell'interessante documentario (in inglese) "The Mars Underground" disponibile su YouTube in 6 parti di cui linko la prima.

Omaggio a Carl Sagan

2011-11-09T00:00:00.000+01:00

Carl Sagan è stato, a mio parere, il miglior divulgatore scientifico di tutti i tempi. Le sue riflessioni, il suo modo di spiegare la scienza ma soprattutto il metodo ed il pensiero scientifico, rimangono qualcosa di unico.
Oggi ricorre il settantasettesimo anniversario della sua nascita, per questo, voglio ricordarlo con il video qui sotto.
Più recente puntata della serie "The Sagan Series", gemella di "The Feynman Series" (di cui abbiamo parlato qui), in questo video possiamo ascoltare alcuni pensieri di Sagan sull'importante eredità lasciataci dal programma Apollo; un messaggio di speranza e di fiducia in un futuro migliore che oggi più che mai ci sarebbe bisogno di riscoprire.

Potete trovare tutte le precedenti, bellissime puntate di "The Sagan Series" sul sito del progetto. Come sempre, per far apparire i sottotitoli in inglese o in italiano, basta cliccare sul pulsantino "cc" in basso a destra sulla barra del video.
Voglio concludere questo post con la stessa dedica fatta dagli autori di "The Sagan Series" sul loro sito:

Here's to you, Carl. An inspiration.

"Curare" l'invecchiamento riparando i danni del tempo

2011-11-08T13:49:00.001+01:00

Linko qui un articolo che ho recentemente pubblicato sul bel sito "FuturoProssimo" nell'ambito della mia collaborazione con questo sito ed Estropico.
L'articolo in questione parla di uno studio di recente pubblicazione che dimostra come sia possibile "curare" almeno una parte dei danni provocati dall'invecchiamento ad un tessuto rimuovendo selettivamente le cellule "senescenti" presenti al suo interno.

Geminoid - Un gemello robotico

2011-11-06T21:12:00.000+01:00

In questp post parleremo nuovamente di robotica.
Hiroshi Ishiguro, ricercatore all'ATR ("Intelligent Robotics and Communication Laboratories") di Kyoto e professore all'università di Osaka, si occupa di creare androidi, cioè robot dalle fattezze umane, di aspetto ultra-realistico. L'obbiettivo di Ishiguro è quello di realizzare un avanzatissimo sistema robotico di telepresenza che permetta ad un utilizzatore di partecipare a meeting e convegni pur non essendo fisicamente presene sul posto. Patecipare a incontri di lavoro virtuali in videoconferenza è, per molti, già una realtà quotidiana, tuttavia il sistema progettato dal professore permetterebbe di avere a disposizione un vero e proprio "avatar" in grado di spostarsi ed interagire fisicamente con cose e persone.
I "Geminoid" sono reallizzati dal professore per essere dei veri e propri "gemelli robotici" della persona per la quale sono costruiti. Questa può controllarne i movimenti, le espressioni facciali e la voce a distanza, semplicemente stando davanti ad un computer con una videocamera ed un microfono.

Nel video qui sotto si vede l'ultima creazione di Hiroshi Ishiguro: "Geminoid F", un androide femminile copia di una ragazza sui vent'anni. Il robot è in grado di cambiare le proprie espressioni facciali in modo più naturale degli androidi realizzati in precedenza. Inoltre, a differenza ai precedenti modelli, è stato possibile raccogliere all'interno della struttura del robot tutti i componenti meccanici e di controllo necessari al suo funzionamento.

Costruire robot androidi dall'aspetto e dalle espressioni facciali realistiche è sicuramente utile, oltre che per applicazioni di telepresenza, anche nel campo della robotica personale ed assistenziale, in quanto questa capacità può facilitare l'interazione tra esseri umani e macchine.
Per intuire quali siano le prospettive della robotica umanoide provate ad immaginare il robot che risulterebbe, ad esempio, riunendo in un unico dispositivo i punti di forza dei protagonisti degli ultimi tre post di robotica di questo blog (quello che state leggendo, questo e questo). Per ora non è possibile integrare tutti questi sistemi nel ristretto volume del "corpo" di un robot umanoide, tuttavia la miniaturizzazione di componenti elettronici e meccanici avanza molto rapidamente. Probabilmente è solo questione di tempo prima che i robot a cui ci ha abituato la fantascienza diventino realtà.

Viaggio nel mitocondrio

2011-11-02T19:17:00.006+01:00

Con questo post voglio mostrarvi un altro ottimo lavoro di "visualizzazione scientifica" come quello che è stato protagonista di uno dei primi post di questo blog.

Realizzato dalla compagnia di animazioni scientifiche XVIVO (di cui vale la pena visitare il bel sito) con la collaborazione dell'università di Harvard, questo video si inserisce in un progetto che mira a "migliorare la didattica universitaria della biologia molecolare" grazie a innovativi sistemi di visualizzazione scientifica che mostrino nel modo più immediato e scientificamente accurato possibile i complessi meccanismi molecolari della vita.

L'animazione qui sotto si concentra sul processo di produzione dell'adenosina trifosfato (ATP). L'ATP è la molecola che conserva l'energia chimica liberata dalla demolizione di molecole che avviene, ad esempio, nel corso della respirazione cellulare. La funzione biologica dell'ATP è fondamentale. Quando è necessario, la molecola di ATP viene trasformata in ADP (adenosina difosfato) con il distacco di un gruppo fosfato; è questa reazione che, liberando l'energia precedentemente immagazzinata nel legame, fornisce l'energia necessaria per quasi qualunque tipo di attività cellulare. Si può davvero dire che l'ATP si comporti da "moneta corrente" energetica della cellula.

Sul sito "BioVisions", nato grazie alla collaborazione tra Harvard e XVIVO,è possibile trovare anche la prima animazione realizzata nell'ambito di questa collaborazione: "The Inner Life of the Cell" ("la vita interna di una cellula"), che rappresenta un viaggio virtuale all'interno di un globulo bianco non dissimile da quello di cui si era parlato nel post cui accennavo prima.

Personalmente, trovo particolarmente notevole la seconda parte del video (dal minuto 2.30), nella quale è mostrato all'opera il complesso molecolare detto "ATP Sintetasi" dove vengono sintetizzate le molecole di ATP durante la così detta "fosforilazione ossidativa". Come si può vedere nell'animazione, questa vera e propria "macchina molecolare", si comporta come una sorta di "mulino" con tanto di "ingranaggi proteici", sfruttando il fusso di ioni tra un lato e l'altro della membrana cellulare su cui è posta, per assemblare le molecole di ATP.
Penso che queste immagini valgano più di mille parole nel mostrare come il nostro organismo si possa veramente considerare un meraviglioso e complesso "meccanismo nanotecnologico" forgiato da miliardi di anni di evoluzione.

PETMAN - Lo stato dell'arte della robotica umanoide

2011-11-01T18:22:00.001+01:00

In questo post voglio parlare di PETMAN ("Protection Ensemble Test Mannequin"). Questo notevole robot antropomorfo è stato sviluppato per la DARPA ("Defense Advanced Research Projects Agency", agenzia governativa del Dipartimento della Difesa degli Stati Uniti per lo sviluppo di nuove tecnologie ad uso militare) dalla "Boston Dynamics", una azienda di ricerca e sviluppo, spin-off dell'MIT.
PETMAN, a differenza di molti altri robot che sono già tuttora comunemente utilizzati dall'esercito americano, non è stato progettato per il combattimento ma, come dice il suo nome, per testare indumenti protettivi. A differenza dei precedenti dispositivi utilizzati per lo stesso scopo, il raffinatissimo PETMAN è in grado di restare in equilibrio muovendosi liberamente, camminare, arrampicarsi e eseguire una vastissima gamma di movimenti che potrebbe compiere un essere umano. Per svolgere al meglio la sua funzione di tester per tute protettive, il robot è progettato per simulare persino la respirazione e la sudorazione che si avrebbero in esseri umani intenti a compiere determinati movimenti.
Sicuramente, in futuro, macchine come PETMAN potrebbero trovare impieghi nei campi più diversi, dall'uso militare vero e proprio a compiti di salvataggio in condizioni ambientali difficili.

Il video qui sotto che mostra PETMAN all'opera è interessante perchè permette di farsi un'idea di quale sia, oggi, lo stato dell'arte della robotica umanoide: le prestazioni sono già notevoli, il principale ostacolo che rimane da superare per rendere più versatili ed utilizzabili robot come questi è la mancanza di sistemi di immagazzinamento di energia adeguati a renderli autonomi per lunghi periodi di tempo.

Symphony of science - The Quantum World

2011-10-30T05:00:00.010+01:00

Oggi, come nelle domeniche passate, voglio postare qualcosa di leggero.

Il video musicale che vi propongo si intitola "The Quantum World" ("Il mondo quantistico") ed è, per ora, l'ultimo di undici video analoghi della serie "Symphony of Science".
Symphony of Science è un progetto musicale creato dal musicista americano John Boswell. Il progetto mira a "diffondere la conoscenza e la filosofia della Scienza attraverso remix musicali".
Boswell ha mixato, insieme a sue musiche originali, campioni audio e video di interventi televisivi di scienziati e divulgatori come Carl Sagan, Richard Feynman o Stephen Hawking.

"The Quantum World" ha come tema la meccanica quantistica e le particelle elementari; nel video compaiono l'attore Morgan Freeman, Stephen Hawking, Michio Kaku, Brian Cox, Richard Feynman e Frank Close.
Come sempre si possono attivare i sottotitoli (in inglese) cliccando sul pulsante "cc" in basso a destra nel box del video.

Un interruttore di luce per i neuroni

2011-10-27T22:53:00.001+02:00

Controllare selettivamente l'attività dei neuroni nel cervello semplicemente illuminandoli con luce di una certa lunghezza d'onda.
E' proprio questo ciò che sono in grado di fare ricercatori come Ed Boyden, professore di neuroscienze all'MIT, grazie alla tecnica chiamata "optogenetica".
Il video che vi propongo in questo post è una conferenza TED in cui il neuroscienziato americano illustra il suo pionieristico lavoro.

Ed Boyden, fisico ed ingegnere di formazione, è professore presso il dipartimento di bioingegneria dell'MIT e ricercatore presso il "McGovern Institute for Brain Research" sempre all'MIT ed è riconosciuto, insieme a Karl Deisseroth dell'università di Stanford, come uno dei "padri fondatori" dell'optogenetica.
Questa tecnologia si basa su una proteina del gruppo delle "opsine" chiamata "canalrodopsina-2", questa molecola, che si trova come fotorecettore nelle alghe verdi, si comporta da canale ionico fotoattivabile: quando della luce viene assorbita dalla proteina questa cambia la sua conformazione permettendo un passaggio di ioni attraverso la membrana cellulare sulla quale si trova. Tutto ciò provoca un cambiamento del potenziale elettrico tra i due lati della membrana e questo può dare il via alla partenza di un impulso nervoso (è questo il meccanismo che consente all'alga di "sentire" la luce tramite la canalrodopsina).
La tecnica ideata da Boyden e Deisseroth consiste nell'inserire nel codice genetico dei neuroni dei topi soggetti dei loro esperimenti il gene dell'alga verde che codifica per la produzione della canalrodopsina-2. Questo è possibile usando un metodo analogo a quello su cui si basa la così detta "terapia genica", cioè infettando i neuroni con virus ingegnerizzati in modo da inserire i nuovi geni all'interno del DNA delle cellule.
Una volta che i neuroni esprimono sulla loro membrana le proteine fotosensibili è sufficiente illuminarli tramite una fibra ottica impiantata nel cranio delle cavie per inibire o stimolare la partenza di impulsi nervosi dai singoli neuroni.

Questo metodo, che fin dalla sua invenzione, nel 2005, è stato largamente adottato dai neuroscienziati come strumento di ricerca, presenta anche vastissime potenzialità terapeutiche. Grazie al livello di controllo del cervello senza precedenti raggiungibile grazie all'optogenomica, proprio Ed Boyden è stato in grado di curare dei topi affetti dall'analogo murino del disturbo post traumatico da stress e certe forme di cecità. Nel campo delle neuroprotesi questa tecnologia ha realmente grandi prospettive.

Per quanto riguarda le applicazioni, molto interessante è anche la brevissima sessione finale di domande e risposte, in cui vengono chiaramente sottolineate le enormi implicazioni di una tecnica di manipolazione dei neuroni come quella messa a punto da Boyden.
Questa, infatti, mette a portata di mano l'indispensabile verifica sperimentale dei modelli quantitativi della funzione cerebrale prodotti dalle neuroscienze teoriche e computazionali (di cui abbiamo parlato in un recente post). Inoltre, poter attivare selettivamente i neuroni con la luce, non solo permetterà capire meglio in codice neurale (cioè il modo in cui l'attività dei neuroni codifica pensieri emozioni ecc...), ma potrebbe anche portare alla realizzazione di veri e propri "co-processori neurali" in grado di "uploadare" o "downloadare" contenuti mentali direttamente nei cervelli.

Tutto questo era fantascienza fino a pochi anni fa’, ma oggi, con i passi da gigante che le neuroscienze stanno compiendo, comincia a divenire realtà. Come si era già detto in un post precedente, citando proprio il professor Boyden: "stiamo entrando in un rinascimento neurotecnologico nel quale gli strumenti a disposizione per comprendere e reingegerizzare il cervello e le sue funzioni si stanno espandendo sia in ampiezza che in profondità ad una velocità senza precedenti".
Con questo non mi resta che lasciare la parola a Boyden.

Buona visione!

L'universo in 4D

2011-10-26T22:55:00.000+02:00

Oggi questo blog compie il suo primo mese di vita, per festeggiare voglio postare un video che ho trovato molto affascinante e di estrema bellezza.
Nel video che vi voglio mostrare, frutto di accuratissime simulazioni numeriche eseguite su potenti supercomputer, voliamo attraverso il cosmo in evoluzione, ripercorrendo in circa 6 minuti buona parte della storia dell'universo.
All'inizio del nostro viaggio ci troviamo in un tempo molto remoto, poche centinaia di milioni di anni dopo il big bang (avvenne circa 13.7 miliardi di anni fa), alla fine della così detta epoca oscura. Questo nome si deve al fatto che, a quest'epoca, l'universo risultava "opaco", non trasparente ai fotoni. Dopo pochi istanti di video assistiamo alla così detta "ricombinazione", questo momento corrisponde a quando il denso e caldissimo plasma di fotoni, protoni, elettroni e neutroni che riempiva l'universo si raffreddò (in conseguenza all'espansione dell'universo) a sufficienza da permettere agli elettroni di legarsi ai nuclei formando atomi di idrogeno e facendo diventare l'universo trasparente.
E' a quest'epoca che risale la così detta radiazione cosmica di fondo, composta dai fotoni che vennero rilasciati a seguito della ricombinazione. Questa rappresenta ciò che di più antico possiamo osservare oggi nel cielo.
In seguito a questi eventi la materia si trovò per la prima volta in uno stato neutro e più freddo. E' a questo punto, circa 750 milioni di anni dopo il big bang, che enormi nubi di idrogeno cominciarono a collassare su se stesse a causa dell'interazione gravitazionale, cominciando a formare le prime protogalassie insieme alla prima generazione di stelle.
La radiazione emessa da queste stelle ionizzò il gas rimasto, spazzandolo via e mettendo a nudo le strutture filamentose di gas più denso formatesi fino a quel momento per l'azione della gravità.
Proseguendo nel tempo strutture più grandi cominciarono a formarsi dalla fusione di altre più piccole. Questi processi diedero origine alle strutture più grandi che possiamo osservare oggi nell'universo, gli ammassi e superammassi di galassie, connessi tra loro da altre strutture filamentose di gas.
Il nostro viaggio cosmico termina zoomando su una galassia a spirale simile alla nostra Via Lattea.

Il filmato, frutto della collaborazione tra ricercatori italiani e gli scienziati del Max-Planck-Institute for Astrophysics, è stato in esposizione presso il planetario di Torino. Per apprezzarne appieno la bellezza consiglio di guardarlo in HD a tutto schermo.

Benvenuti nell'era della genomica

2011-10-25T19:27:00.002+02:00

Nella conferenza TEDxBoston che ho deciso di mostrarvi in questo post Richard Resnick, bioinformatico e imprenditore americano, presidente della società Genome Quest, mostra come tecnologie di sequenziamento del DNA sempre più veloci ed economiche sono sul punto di trasformare radicalmente la sanità e, probabilmente, anche tutta la nostra società.

La genomica è una branca della biologia molecolare che si occupa dello studio del genoma degli organismi viventi; in particolare si occupa di determinarne struttura, contenuto e funzione. La genomica si basa necessariamente sulla bioinformatica per l'elaborazione e la visualizzazione dell'enorme quantità di dati che le analisi dei genomi producono.

Grazie alle scoperte derivanti dal sequenziamento del genoma umano e al continuo miglioramento dei metodi di analisi del DNA sta nascendo la così detta "medicina personalizzata". Con questo termine si intende l'applicazione delle conoscenze genetiche nella pratica clinica che permette di definire terapie "su misura" per ogni paziente. Ad esempio, grazie a studi epidemiologici sull'incidenza di una data patologia in corrispondenza di un particolare profilo genetico, è possibile, conoscendo il codice genetico di un individuo, determinare il rischio che costui ha di sviluppare quella patologia.

Già oggi al costo di circa 100 dollari è possibile far analizzare, almeno parzialmente, il proprio genoma da aziende come la 23andMe. Ciò che offre questo tipo di servizi è l'analisi di una frazione significativa degli SNP presenti nel proprio genoma.

Un polimorfismo a singolo nucleotide (dall'inglese Single Nucleotide Polymorphism o SNP) è un polimorfismo, cioè una variazione, del materiale genico a carico di un unico nucleotide che si riscontra in una frazione della popolazione superiore all'1% (polimorfismi che si riscontrano con una frequenza minore sono normalmente chiamati mutazioni).
La conoscenza degli SNPs può essere molto utile nella pratica medica poiché queste variazioni possono influenzare lo sviluppo delle patologie, la risposta a patogeni o ad agenti chimici come i farmaci. Grazie alla conoscenza degli SNPs è possibile, ad esempio, conoscere l'effetto di un farmaco su un individuo ancor prima della somministrazione (queste sono le basi della così detta "farmacogenomica").

Il servizio offerto dalla 23andMe però non si limita a fornire semplicemente dati di rilevanza medica, i dati sugli SNPs hanno anche una rilevanza "genealogica", possono anche essere usati, ad esempio, per rintracciare lontani parenti e individuare le zone di probabile provenienza dei propri antenati.

A chi fosse interessato alla genomica e alla medicina personalizzata raccomando di visitare il bel blog "my GenomiX" (che trovate anche nella colonna dei blog a destra)
in cui si approfondiscono proprio i temi della genomica personale e della medicina personalizzata.

Nella sua conferenza Resnik accenna anche a come la "rivoluzione genomica" potrebbe dare un forte impulso allo sviluppo ed alla produzione di colture OGM e di come questo potrebbe essere la strada per risolvere il problema della fame in un mondo in cui la popolazione continua a crescere a ritmi molto sostenuti. A questo proposito consiglio la visione del blog di Dario Bressanini "Scienza in cucina" (anche questo nella colonna a destra) che spesso dedica post all'argomento. Il tentativo dell'autore è quello di riportare il dibattito pubblico italiano in materia su un piano più razionale e scientifico rispetto a come viene normalmente affrontata la questione dai media del nostro paese.

Fatte queste premesse lascio la parola a Richard Resnik. Buona visione!

On Intelligence - Come funziona il cervello

2011-10-23T23:42:00.005+02:00

Come funziona il cervello?

Questa è sicuramente una delle domande più fondamentali a cui sta cercando di rispondere la scienza moderna.
Come dicevo già in un post precedente, nel corso degli anni i neuroscienziati hanno accumulato una immensa mole di dati di tutti i tipi sul cervello e sul suo funzionamento. Ciò che è sempre mancato alle neuroscienze e che solo da pochi anni sta emergendo è un quadro complessivo di riferimento, una vera e propria "Teoria del Cervello".
Tuttavia le neuroscienze teoriche e computazionali sono, oggi, un settore in rapidissima crescita. Progetti come il Blue Brain Project (di cui abbiamo già parlato) stanno cercando di rispondere a questa necessità di organizzare i dati sperimentali in un modello teorico quantitativo costruendo una accurata simulazione dell'intero cervello umano.
Un altro interessantissimo approccio che cerca di offrire un quadro di riferimento alla ricerca neuroscientifica è ciò di cui vi voglio parlare in questo post. Il "Memory-prediction framework" è una teoria della funzione cerebrale ideata dall'ingegnere e neuroscienziato americano Jeff Hawkins che ha avuto - e sta avendo tutt'ora - notevoli ripercussioni su tutta la ricerca neuroscientifica. La teoria è esposta in modo divulgativo nello splendido saggio, pubblicato nel 2004, "On Intelligence" (di cui consiglio vivamente la lettura).

La teoria propone che la notevole uniformità anatomica del tessuto neocorticale, presente anche tra aree del cervello coinvolte nella più diversa gamma di attività cognitive, rifletta la presenza di un unico "algoritmo corticale" alla base di tutte le attività di elaborazione dell'informazione nel cervello.

La neocorteccia è composta di 6 fogli o strati che operano come livelli funzionali distinti di elaborazione dell'informazione ad un livello di "astrazione" crescente; il primo strato processa schemi di attività neurale che codificano informazione sensoriale relativamente "grezza", i livelli successivi processano schemi di attività a scala più vasta provenienti dai livelli sottostanti in base agli stati di attivazione dei livelli gerarchici che li sovrastano. Operando secondo il principio computazionale di base a cui si accennava prima il cervello sarebbe quindi costantemente impegnato nel confrontare gli imput in arrivo dal sistema nervoso periferico (e quindi dai sensi) ai livelli più bassi della gerarchia corticale con le previsioni in arrivo dai livelli più alti della gerarchia stessa.
Il continuo confronto tra queste previsioni basate sulla memoria di passate sequenze temporali di schemi di attivazione neurale, e gli schemi di attivazione provenienti dal basso della gerarchia sarebbe ciò che fa emergere l'intelligenza tipica dell'uomo.
E' proprio per sottolineare l'importanza della memorizzazione e predizione di schemi di attività neurale nel funzionamento del cervello e dell'intelligenza che la teoria è stata battezzata col nome di "Memory-prediction framework".

L'idea proposta da Hawkins considera il cervello come un sistema di memoria gerarchica anticipatoria; questa visione, in effetti, trova ormai una larga diffusione e accettazione da parte dell'intera comunità neuroscientifica.

La teoria di Hawkins promette di trasformare il campo dell'intelligenza artificiale e sta avendo già le prime applicazioni pratiche. Numenta, la società fondata da Hawkins per commercializzare le ricadute pratiche del suo lavoro, sta per lanciare i primi programmi basati sull'algoritmo "Hierarchical temporal memory" (HTM) ("memoria temporale gerarchica"), ispirato all'"algoritmo corticale".
Anche Dileep George, allievo di Hawkins, ha fondato la Vicarious Systems e si prepara mettere sul mercato prodotti basati sui principi computazionali della neocorteccia.

Spiegare chiaramente e in poche righe la teoria di Hawkins non è davvero cosa facile, tuttavia credo che per il suo grande interesse e la sua capacità di gettare veramente una nuova luce sul funzionamento della mente questa meriti davvero di essere divulgata. E' per questo che mi riservo in futuro di pubblicare altri post su questo argomento, spiegando magari la teoria un po’ più nel dettaglio.

In conclusione, oltre a raccomandarvi ancora una volta la lettura di "On Intelligence" voglio mostrarvi questa bella conferenza TED, registrata nel 2003, in cui lo stesso Hawkins presenta il proprio approccio alle Neuroscienze.

Per chi volesse approfondire l'argomento in rete è disponibile sul sito di Numenta un documento (in inglese) di presentazione dell'algoritmo HTM che espone in modo divulgativo alcuni aspetti del memory prediction framework per poi entrare più nel dettaglio tecnico. Sempre per approfondire l'argomento da un punto di vista meno divulgativo è disponibile online la tesi di Dottorato a Stanford di Dileep George in cui si parla sempre dell'HTM.

The Feynman series (parte 3) - La curiosità

2011-10-22T15:48:00.003+02:00

In questo terzo ( e per ora ultimo) video di The Feynman Series si parla della curiosità, il primo motore dell'indagine scientifica del mondo. Si parla del senso di meraviglia che si prova a pensare che tutta la splendida complessità del mondo che ci circonda ogni giorno emerga dall'interazione di pochi costituenti elementari secondo poche semplici leggi. E' il fascino di scoprire come funziona il mondo, quanto spesso la realtà superi la fantasia, che spinge milioni di persone nel mondo a dedicarsi alla scienza, la fantastica avventura che sta portando la nostra specie a esplorare e conoscere il suo ambiente.
A questo proposito voglio citare ancora una volta Carl Sagan:

“Noi siamo l'incarnazione locale di un Cosmo cresciuto fino all'autocoscienza. Abbiamo incominciato a comprendere la nostra origine: siamo materia stellare che medita sulle stelle. […] Noi siamo il modo in cui l’universo conosce se stesso”

La "scienza ufficiale"

2011-10-20T23:20:00.001+02:00

Il post precedente in cui si è parlato del "principio di autorità" mi dà l'occasione per fare una piccola riflessione su un termine che sta diventando sempre più di uso comune, anche grazie a trasmissioni di dubbia qualità come "Voyager" o "Mistero": scienza ufficiale.

Questo è un termine che, a mio pare, porta con sé tutta una serie di pesanti fraintendimenti sulla natura stessa della scienza.

Tanto per cominciare la scienza non è tanto un corpus di conoscenze, è piuttosto un "metodo", un modo di ragionare. Credo che la stragrande maggioranza degli scienziati concorderebbero con me nel dire che una affermazione sul mondo ha "validità scientifica" quando chiunque, basandosi sulla sola logica e sulla accettazione dei "fatti sperimentali" evidenti a tutti concorderebbe con essa.
Questo, mettendo da parte, almeno momentaneamente, ogni altra credenza sul mondo che non soddisfi questi stessi criteri di "universalità".

Il corpus delle conoscenze scientifiche, inoltre, è tutto tranne che statico, ogni teoria è valida fino a che non entra in contrasto con nuove evidenze sperimentali. In questo caso la teoria deve essere riformulata in modo da dare conto di tutti i fenomeni osservati nel suo campo di validità.

Sono questi i motivi per cui la scienza è qualcosa di intrinsecamente democratico, laico e antidogmatico; non esiste, come vorrebbero i complottisti, una sorta di "setta" o società segreta chiamata "scienza ufficiale" che decreta ciò che è scienza o ciò che non lo è. Infatti il confine tra scienza e "non-scienza" è spesso sfumato, all'interno della comunità scientifica devono trovare spazio le opinioni più opposte e le congetture più ardite fino a che queste soddisfano il "criterio di scientificità" delineato più sopra.

Non bisogna confondere scetticismo e spirito critico con conservatorismo, i buoni scienziati non temono i dati in contrasto con le teorie scientifiche al momento più accettate, anzi, li cercano in continuazione per poter formulare teorie che descrivano sempre meglio il mondo in cui viviamo.
Bisogna però sempre essere diffidenti nei confronti di nuovi dati. Affinché il discorso scientifico possa svilupparsi su fondamenta solide tutte le nuove evidenze devono essere valutate criticamente prima di essere accettate.
A questo proposito mi viene da citare Carl Sagan con il video qua sotto (premere sul pulsantino cc per visualizzare i sottotitoli):

"affermazioni straordinarie richiedono prove straordinarie"

Quanto detto non significa certo che la comunità scientifica e gli scienziati siano sempre immuni a distorsioni e dinamiche sociali "patologiche" che "inceppano" il meccanismo di corretto funzionamento dell'impresa scientifica. A questo proposito, per approfondire, consiglio vivamente la lettura del bellissimo saggio di Lee Smolin "L'universo senza stringhe" che oltre ad essere un interessante testo di divulgazione di fisica teorica è anche un ottimo saggio di sociologia della scienza.

The Feynman series (parte 2) - L'autorità

2011-10-20T23:09:00.002+02:00

In questo secondo video di The Feynman Series, Richard Feynman critica il rispetto per l'autorità quando questa è solo una vuota convenzione sociale. Il pensiero scientifico per sua natura rifiuta il principio di autorità, lo spirito critico e la non-accettazione passiva di idee e affermazioni costituiscono infatti uno dei cardini della mentalità scientifica.

Come al solito, per far apparire i sottotitoli in inglese basta cliccare sul pulsantino "cc" in basso a destra sulla barra del video.

Pensieri sul futuro dell'evoluzione

2011-10-19T14:01:00.003+02:00

Ho appena pubblicato un post su Estropico in cui espongo alcune mie considerazioni personali sul futuro dell’evoluzione dopo la comparsa di forme di vita intelligenti; un argomento che mi ha sempre affascinato molto. Le mie sono riflessioni filosofiche che pur non avendo alcuna pretesa di scientificità, penso possano essere condivisibili e interessanti per chiunque sia incuriosito dalla scienza e dal futuro della vita.
Se volete leggere il mio articolo ecco il link...

Buona lettura!

Il robot capace di apprendere

2011-10-18T14:08:00.002+02:00

In questo post voglio parlare di robotica e intelligenza artificiale. In particolare di un robot che possiede la peculiare capacità umana di imparare dall'esperienza per affrontare situazioni nuove.

L'idea di un robot capace di apprendere da solo il modo di svolgere dei compiti per i quali non è stato programmato usando oggetti mai visti prima è un idea da tempo protagonista della fantascienza che, solo oggi, grazie al lavoro di ricercatori come Osamu Hasegawa, professore associato presso l'istituto di tecnologia di Tokyo, sta diventando realtà.

L'aspetto veramente innovativo della macchina creata dal professor Hasegawa è la sua intelligenza artificiale, basata sulla tecnologia delle "reti neurali incrementali auto-organizzanti" o SOINN ("Self-Organizing Incremental Neural Network") che si ispira al funzionamento del cervello umano.
Le reti neurali usate dai ricercatori dell'istituto di tecnologia di Tokyo sono un particolare tipo di reti neurali artificiali. Con questo termine si intendono genericamente tutti i modelli matematici che imitano le caratteristiche di elaborazione dell'informazione delle reti neurali biologiche di cui è costituito il nostro cervello.
Grazie a questa tecnologia il robot esamina l'ambiente attorno a sé, integrando tutti i dati sensoriali raccolti con le sue conoscenze pregresse e organizzandole in un quadro coerente grazie al quale è poi in grado di dedurre in che modo portare a termine gli ordini che gli vengono impartiti.
Se necessario l'algoritmo SOINN è in grado di svolgere autonomamente ricerche su internet per reperire le informazioni, ad esempio il nome di un oggetto, che gli mancano per capire come portare a termine una determinata azione. In futuro potrebbe anche essere in grado di condividere l'esperienza di altri robot già in grado di eseguire un determinato compito. Operando in questo modo inoltre, con il tempo, la macchina diventa poco alla volta sempre più capace ed intelligente.

Inoltre, come gli esseri umani, il sistema SOINN è in grado di filtrare il "rumore", cioè le informazioni insignificanti che potrebbero confondere altri robot.
La macchina è in grado di "riconoscimento invariante". Questo è uno dei meccanismi più fondamentali con cui opera il cervello umano; noi siamo così "abili" nel riconoscimento invariante che non siamo nemmeno consapevoli di usarlo continuamente. Il riconoscimento invariante è ad esempio quel processo che ci permette di identificare uno stesso oggetto sotto diversi angoli o illuminato in modi differenti nonostante esso appaia, di volta in volta, molto diverso da prima.

Un robot con tutte queste capacità quando sarà pronto per essere commercializzato potrebbe dimostrarsi di inestimabile utilità come aiuto in casa o nella vita di tutti i giorni.
Ad esempio, proprio come in un film di fantascienza, si potrebbe domandare ad un robot "portami la salsa di soia sul tavolo di cucina" e questo potrebbe cercare su internet cosa sia la salsa di soia par poterla identificare una volta arrivato in cucina.

Ma bisogna essere cauti con un robot capace di apprendere ricorda il professore: "un coltello da cucina è un oggetto utile ma può anche diventare un arma", "la tecnologia sta avanzando ad una velocità enorme; è necessario che la società discuta di come, e quando, queste tecnologie dovrebbero essere usate finché esse sono ancora nella loro fase embrionale"

Nel video, in inglese, si vede all'opera il robot sul quale è implementato l'algoritmo SOINN; questo è senza gambe perché la ricerca del professor Hasegawa si concentra sulle capacità di "ragionamento" e manipolazione degli oggetti per le quali la capacità di locomozione non è strettamente necessaria. Tuttavia la locomozione dei robot è un campo di ricerca molto attivo e in futuro la tecnologia SOINN sarà sicuramente applicata anche a robot in grado di spostarsi.

The Feynman series (parte 1) - La bellezza

2011-10-17T14:01:00.005+02:00

Con questo post e quelli che seguiranno voglio dare spazio a una serie di video, realizzati utilizzando i monologhi di Richard Feynman, nati nella speranza di promuovere l'educazione e la cultura scientifica presso il grande pubblico.
The Feynman Series è un progetto realizzato dagli stessi autori di The Sagan Series; una serie di analoghi video realizzati con i bellissimi mologhi di Carl Sagan a cui, in futruro, ho intenzione di dedicare un post a sé.
Nel primo di questi video Feynman parla di come la conoscenza scientifica permetta di apprezzare maggiormente la bellezza mondo che ci circonda (questo monologo era già stato, di recente, argomento di un post) e dell'importanza del dubbio.

Per far apparire i sottotitoli in inglese basta cliccare sul pulsantino "cc" in basso a destra sulla barra del video.

Punti di vista...

2011-10-16T20:34:00.000+02:00

E' venuto il momento dell'ormai consueto post umoristico domenicale.
In questa tabella si può leggere come le persone nella scienza si vedono l'un l'altra... ;)

Muscoli artificiali di carbonio

2011-10-15T15:55:00.002+02:00

Dopo una breve pausa, riprendiamo a parlare di nanotecnologia.

L'articolo pubblicato l'altro ieri sulla prestigiosa rivista Science è sicuramente un importante passo avanti sulla strada della miniaturizzazione di attuatori meccanici (cioè dispositivi che esercitano una forza per mettere in movimento o controllare sistemi meccanici), indispensabili per realizzare sempre più complessi e raffinati sistemi nano- e micro-elettromeccanici (NEMS e MEMS), sviluppando così il pieno potenziale della nanotecnologia.
Gli scienziati autori dell'articolo sono riusciti a realizzare dei veri e propri "muscoli artificiali" costituiti da nanotubi di carbonio intessuti assieme elicoidalmente un pò come le fibre che compongono una corda.
I nanotubi di carbonio, strutture cilindriche composte da un singolo strato di atomi di carbonio avvolto su se stesso, sono, da tempo, al centro dell'attenzione dei ricercatori che si occupano di nanotecnologia a causa delle loro eccezionali caratteristiche elettoniche e meccaniche.
Il "muscolo artificiale" prodotto dagli scienziati misura un diametro di appena 15 micron (10^(-6) m) e, se tenuto in una soluzione elettrolitica e sottoposto ad una tensione elettrica si contrae, torcendosi, funzionando analogamente ai muscoli costituiti di fibre elicoidali che si trovano in natura nella proboscide degli elefanti o nei tentacoli dei polpi.

Il meccanismo di funzionamento è questo:
quando il fascio di nanotubi è sottoposto a tensione tramite elettrodi applicati ai suoi capi gli ioni contenuti nella soluzione elettrolitica migrano verso l'interno della fibra per compensare la carica elettronica negativa in transito all'interno dei nanotubi stessi. Questi, essendo porosi, vengono penetrati dagli ioni che, accumulandosi, ne provocano un aumento di volume accompagnato da un accorciamento della loro lunghezza il quale a sua volta mette in torsione l'intera fibra. La torsione può essere invertita invertendo la differenza di potenziale applicata dagli elettrodi. Nell'immagine è evidenziato l'angolo di torsione della fibra "fotografata" con un microscopio elettronico.

Per dimostrare l'efficacia del loro dispositivo i ricercatori lo hanno già utilizzato come miscelatore integrato all'interno di un chip microfluidico.I chip microfluidici sono dispositivi miniaturizzati, anche chiamati Lab-on-a-chip, in grado di svolgere da soli molte analisi chimiche e fisiche di sostenze che vengono depositate su di essi.

I motori elettrici che usiamo comunemete alla macroscala, indispensabili per il funzionamento di quasi qualunque tipo di macchina, sono molto difficili da miniaturizzare per la loro notevole complessità. Il micro-motore elettrico ottenuto dai ricercatori però segna un traguardo importantissimo, essendo il primo mai prodotto alla sua scala ad avere un efficienza relativa in termini di massa comparabile con quella dei motori elettrici macroscopici.
Grazie a questi muscoli artificiali potranno essere più facilmente miniaturizzate pompe, motori, turbine e compressori, inoltre questa tecnologia potrebbe risultare utilissima nel campo della robotica o per la realizzazione di protesi robotiche.

Conferenza web sulle nanotecnologie

2011-10-12T14:32:00.003+02:00

Voglio segnalarvi che lunedì 17/10/2011 dalle ore 20:50 alle 21:50 si terrà su Oliproject una lezione-conferenza web a cura di Alberto Diaspro, fisico genovese presidente della "associazione delle società europee di biofisica" (EBSA), dal titolo: "La rivoluzione delle Nanotecnologie: cosa sono e come stanno cambiando la scienza".
Oilproject è una scuola virtuale, gratuita ed aperta a tutti, in cui si discute di attualità, economia, letteratura, filosofia, Internet e politica.
Ecco il link alla pagina dell'evento e la sua descrizione:

Dall'intuizione di Galileo Galilei ai sogni di Richard Feynman: come un microscopio può diventare un nanoscopio senza violare le leggi della fisica.

Grazie alle Nanotecnologie, siamo oggi in grado di operare sulla materia a scala atomica e molecolare, aprendo così la strada ad infinite applicazioni per le discipline scientifiche e le pratiche umane.
Ma lavorare con le Nanotecnologie significa anche andare oltre i limiti classici dell'ottica, senza violare le leggi della fisica. Se Galileo con il suo cannocchiale rivoluzionò l'astronomia, la nano-ottica sta cambiando il modo di studiare la biologia cellulare introducendo super-microscopi che permetteranno di "vedere" organi e tessuti al livello nanometrico.

In questo evento web, Alberto Diaspro, Direttore del Dipartimento di Nanofisica dell'Istituto Italiano di Tecnologia, risponderà ai vostri quesiti e alle vostre curiosità dopo una breve introduzione alla materia. Chiunque potrà inviare domande, votare quelle altrui e discutere in chat.

Questa non è che la prima di una serie di lezioni-web interattive curate dall’Istituto Italiano di Tecnologia in collaborazione con Oliproject per raccontare al grande pubblico lo stato dell’arte della ricerca di base e applicata in campi che spaziano dalle nanotecnologie alle neuroscienze .

Vedere nella mente

2011-10-11T14:55:00.002+02:00

E' di qualche giorno fa la notizia che un gruppo di ricercatori è riuscito letteralmente a "leggere nella mente" di una persona e riprodurre al computer le immagini che questa stava vedendo con i propri occhi. Lo studio pubblicato di recente sulla rivista "Current Biology" apre davvero una nuova "finestra sulla mente".

Basandosi sulle conoscenze accumulate negli anni riguardo al modo in cui il cervello elabora le informazioni visive i ricercatori dell'Università di Berkeley sono riusciti a sviluppare un algoritmo che analizza i dati sull'attività cerebrale ottenuti con la risonanza magnetica funzionale (fMRI) per ricostruire ciò che un soggetto sottoposto a scansione è intento a guardare.

Già negli anni passati si era riusciti a ricostruire "immagini mentali" statiche a partire dalla conoscenza dell'attività cerebrale di soggetti umani sottoposti a risonanza magnetica funzionale. Tuttavia questa è la prima volta che si riescono a ricostruire al computer immagini in movimento percepite da una persona intenta a guardare un video.
La risonanza magnetica funzionale è un particolare metodo di immaging cerebrale, usatissimo nella ricerca neuroscientifica, che si basa sui principi della risonanza magnetica e permette di determinare l’attività neurale misurando il flusso di sangue e i livelli di ossigenazione nel cervello.

L'esperimento si è svolto in questo modo:
I ricercatori guidati da Shinji Nishimoto si sono sottoposti alla risonanza magnetica funzionale durante la visione di diverse ore di trailer e spezzoni di film, registrando le immagini generate dalla risonanza magnetica per ciascun fotogramma visualizzato. A questo punto Nishimoto e colleghi hanno cercato di ricostruire l’attività neurale associata alle immagini generate dalla fMRI per costruendo un modello matematico che metta in relazione il flusso di sangue che si osserva con la fMRI (e l’attività neuronale associata) con le immagini mostrate.
In altre parole grazie a questo modello gli scienziati sono stati in grado di tradurre le immagini sullo schermo (forme e movimenti) nel "linguaggio" del nostro cervello (attività neurale).
Fatto questo i neuroscienziati hanno selezionato su YouTube 18 milioni di secondi di sequenze video, ognuna delle quali è stata associata allo stato di attivazione cerebrale predetto dal modello.
Per usare nuovamente la metafora di prima è come se i ricercatori avessero creato una sorta di "dizionario" del linguaggio del cervello nel quale ad ogni particolare schema di attivazione cerebrale corrisponde un fotogramma.
A questo punto, per testare il modello, i soggetti sperimentali sono stati soggetti ad una nuova scansione mentre guardavano dei nuovi video. Partendo dalla "libreria" ottenuta nella precedente fase del loro lavoro, e selezionato le scene correlate ad attività cerebrali più simili a quelle osservate sperimentalmente, il gruppo è riuscito ad ottenere il risultato mostrato nel video più sotto.

Nonostante i risultati siano già notevoli questa tecnica di "lettura della mente" ha ancora alcuni limiti. Lo studio infatti si è concentrato solamente sulla corteccia visuale primaria, e non su tutte le aree coinvolte nell'elaborazione delle immagini. Inoltre l’algoritmo era realizzato su misura per ciascun individuo preso in esame.
La forte sfocatura delle immagini prodotte potrebbe essere migliorata in futuro realizzando un modello più dettagliato e/o aumentando il campionamento di immagini usate per costruire la "libreria" che correla immagini e attività neurale (per restare nella metafora, aumentando le "voci" del dizionario).

Le possibili applicazioni future di questa tecnica sono innumerevoli e vanno dall'utilizo nel campo delle interfacce cervello-macchina(BMI) alla possibilità di sviluppare migliori sistemi di visione artificiale per i robot.
Secondo uno dei partecipanti allo studio “Questo è un enorme passo avanti nel ricostruire il mondo di immagini interiori di ognuno di noi”, grazie alla tecnica sviluppata infatti, in futuro potrebbe essere possibile "vedere" letteralmente gli stati emotivi, le intenzioni o persino i sogni di persone soggette a scansione cerebrale.
Chissà cosa avrebbe detto Freud se avesse potuto vedere tutto questo!

Ecco il video realizzato dai ricercatori...(a sinistra ci sono le immagini mostrate a destra quelle ricostruite)

La scienza e la bellezza del mondo

2011-10-10T14:07:00.000+02:00

L'immagine spiritosa del post precedente offre in realtà un ottimo spunto per fare una riflessione piuttosto profonda sulla "visione scientifica del mondo".

Purtroppo, anche tra persone che possiedono una solida cultura umanistica è spesso diffuso il pregudizio che le scienze siano qualcosa di povero di emozione e asettico.
Per chiarire meglio cosa intendo, riporto poche righe tratte da "La fisica di Feynman" ("The Feynman Lectures on Physics"): uno dei manuali universitari di fisica di più grande successo nel mondo, pubblicato in più volumi nel 1964, a cura di Richard Feynman. Non me ne vogliano i poeti! ;)

Non nuoce al mistero il saperne qualcosa. Perché la realtà è tanto più meravigliosa di quanto artista alcuno del passato immaginasse! Perché i poeti del presente non ne parlano? Che uomini sono i poeti che parlerebbero di Giove se fosse simile a un uomo, ma se egli è un’immensa sfera ruotante di metano e di ammoniaca restano in silenzio?

(Richard Feynman, La Fisica di Feynman, vol. I-1, cap. 3-4, 1994, p. 3-9)

In questo video, lo stesso Richard Feynman spiega le ragioni per cui uno "scienziato", o più in generale chi possiede una certa cultura scientifica, può in realtà ammirare doppiamente le bellezze della natura e del mondo che ci circonda ogni giorno, nel caso particolare di un fiore, rispetto a un "non-scienziato".

Il mondo visto dagli scienziati

2011-10-09T23:42:00.000+02:00

Ecco il secondo post umoristico domenicale. Direi che queste due immagini si commentano da sole...

E voi quante di queste formule sapete riconoscere? ;)

Il tatto virtuale

2011-10-07T21:30:00.007+02:00

L'esperimento descritto in un articolo pubblicato pochi giorni fa sulla prestigiosa rivista "Nature" potebbe trasformare radicalmente il campo delle interfacce cervello-macchina (o BMI dall'inglese Brain Machine Interface).
Un gruppo di ricercatori della Duke University guidati dal famoso neuroscienziato Miguel Nicolelis è riuscito a realizzare un impianto neurale tale da permettere a delle scimmie non solo di controllare una mano virtuale con il pensiero, ma anche - e qui sta la novità - di ricevere un feedback tattile dell'oggetto virtuale che stavano maneggiando. Le scimmie a cui è stato impiantato il dispositivo erano in grado di sentire l'oggetto con il tatto proprio come se si trattasse di un oggetto reale, tanto da distinguere i differenti tipi di trama che caratterizzavano diversi oggetti mostrati loro dagli sperimentatori.
Per provare l'efficacia del'interfaccia neurale sono stati mostrati alle scimmie oggetti virtuali che apparivano identici alla vista ma che erano stati programmati in modo da avere una trama tattile differente. Il senso del tatto virtuale fornito dal dispositivo ha permesso alle scimmie di discriminare i diversi oggetti che si sono trovate a manipolare.
Il feedback tattile, costituito da un segnale modellato sulla struttutra dei segnali effettivamente inviati dagli arti biologici al sistema nervoso centrale, è stato trasmesso al cervello dei primati stimolando elettricamente una particolare parte della loro corteccia cerebrale tramite precisissimi microelettrodi accuratamente posizionati (la tecnica usata prende il nome di ICMS "IntraCortical Micro Stimulation").

Questo potrebbe essere il primo passo verso la creazione di una realtà virtuale veramente immersiva dove si possa davvero "sentire", anche col tatto, il mondo virtuale attorno a sé. Questa tecnologia potrebbe essere anche utilizzata per costruire migliori arti protesici che ripristinino anche il senso del tatto oltre che la capacità motoria, per facilitare il controllo di interi esoscheletri robotici o per aiutare pazienti paralizzati.

La tecnologia delle interfacce cervello-macchina si sta sviluppando a una velocità sorprendente negli ultimi anni, tuttavia il dispositivo realizzato dai neuroingegneri della Duke University rappresenta un vero e proprio salto di qualità rispetto al passato, aprendo di fatto il campo delle interfacce cervello-macchina-cervello (BMBI in inglese).La possibilità di ricevere feedback tattili al seguito di un comando motorio è molto importante; la bidirezionalità della comunicazione tra arti e cervello è infatti la chiave delle notevoli abilità dell'uomo e di altri animali nel manipolare gli oggetti.

Bolshoi

2011-10-06T14:57:00.001+02:00

Dall'infinitamente piccolo all'infinitamente grande.
Cambiamo decisamente scala dal precedente post parlando di cosmologia.
La simulazione "Bolshoi" è il più grande e dettagliato modello cosmologico dell'evoluzione dell’Universo mai realizzato; "bolshoi" in russo significa "grande" e grande, in effetti, è stato il lavoro dei ricercatori dell'Università della California di Santa Cruz e della Nasa che l'hanno realizzata. Il primo di una serie di articoli che descrivono Bolshoi e le sue implicazioni per la cosmologia sta per essere pubblicato in questi giorni su "Astrophysical Journal".
Bolshoi si basa su dati raccolti sia tramite osservazioni da terra che dalla missione spaziale Wilkinson Microwave Anisotropy Probe (Wmap). Questa, per diversi anni, è stata impegnata a mappare le variazioni della radiazione cosmica di fondo: ciò che di più antico si possa osservare nel cielo, il residuo della radiazione termica emessa poco dopo il big bang.

Bolshoi ha permesso di ricostruire l'evoluzione di un immenso volume di spazio: un cubo di un miliardo di anni luce di lato che, nonostante le gigantesche dimensioni, rappresenta solo una porzione ridotta ma rappresentativa dell'intero Universo visibile (che ha un raggio di 46 miliardi di anni luce).
Uno dei principali motivi di interesse della simulazione è che essa non ci permette di ricostruire solo la storia della materia a tutt'oggi visibile, ma anche quella che, pur essendoci invisibile, produce significativi effetti gravitazionali sugli oggetti osservabili: la materia oscura. Gli astronomi sperano che la simulazione possa facilitare la ricerca di questa sfuggente forma di materia che con la sua massa domina l'evoluzione delle strutture a grande scala del Cosmo; dalle singole galassie ai superammassi.
In passato erano già state realizzate altre simulazioni di questo tipo: la più recente è la "Millennium Run", che è stata la base di circa 400 diversi articoli dal 2005 ad oggi. La simulazione Bolshoi, che ha richiesto 6 milioni di ore cpu per essere portata a termine dall'avanzatissimo supercomputer "Pleiades", supera la precedente sia in risoluzione che in accuratezza potendo contare su più vaste risorse di calcolo e su misurazioni più precise dei parametri cosmologici alla base del modello.

Il video rappresenta la visualizzazione della materia oscura presente in una regione di spazio che costituisce un millesimo del volume simulato da Bolshoi. Nella zona centrale è visibile l'alone di materia oscura di un grosso cluster di galassie.
Per apprezzarne la bellezza vi consiglio di guardare il video in HD in modalità schermo intero.

Immagini dal nanomondo

2011-10-05T19:47:00.000+02:00

La frase di Feynman che ho citato in uno dei primi post riguardo alle meraviglie invisibili che la scienza ci rivela si adatta benissimo anche a ciò che vi voglio mostrare ora. Le immagini qui sotto, in cui scienza e arte si fondono nel mostrarci i quasi onirici paesaggi dell'ultrapiccolo, sono tratte da "Blowup. Immagini del nanomondo", un progetto del Centro Nazionale S3 di Modena del CnrNano.

Punta d'oro usata per “leggere” la superficie di campioni con la tecnica di microscopia ottica a campo prossimo (SNOM). La punta è stata assottigliata per aumentare la precisione delle letture. L’apice misura poche decine di nanometri. Esperimento: G.C. Gazzadi, CnrNano Modena – P.Gucciardi, CNR-IPCF, Messina, Artwork: Lucia Covi

Leva di dimensioni nanometriche ‘scolpita’ nel silicio con un fascio di ioni focalizzati. Una nanostruttura di questo tipo, sospesa e libera di oscillare, può funzionare come una bilancia ultra-sensibile, fino a oggetti di pochi femtogrammi (un femtogrammo è 10^(-15)g). Potrebbe essere impiegata come biosensore per virus o molecole biologiche. La leva è lunga 2 micrometri, larga 215 nanometri e spessa 140 nanometri. Esperimento: , G.C.Gazzadi, S. Frabboni, CnrNano Modena. Artwork: Lucia Covi

Foro su uno strato di polietilene, di diametro pari a 6 micron: per ‘scolpire’ la materia con precisione micrometrica come in questo caso si usano fasci di ioni focalizzati. Esperimento: G.C. Gazzadi, CnrNano, Modena. Artwork: Lucia Covi.

Esempio di nanolavorazione di superfici: dettaglio di un foro micrometrico scavato in uno strato ultrasottile di nitruro di titanio; il titanio rende la superficie sottostante resistente all’usura e i fori riducono l’attrito alla macroscala. Esperimento: G.C. Gazzadi, S3 CnrNano Modena e STARsrl, Modena. Artwork: Lucia Covi.

Introduzione alla nanotecnologia

2011-10-05T18:48:00.007+02:00

La nanotecnologia è la disciplina che si occupa di come manipolare la materia alla scala atomica e molecolare. Il suo scopo è quello di sviluppare strutture e dispositivi controllandone le caratteristiche alla scala nanometrica (10^(-9)m). A questa scala diventano rilevanti gli effetti quanto-meccanici mentre forze come l'attrito e la gravità che dominano la dinamica dei corpi macroscopici risultano trascurabili.
Alla base della nanotecnologia c'è la nanoscienza: in questa categoria rientrano a buon diritto tutte le scienze che studiano fenomeni naturali che avvengono alla nanoscala; a questo livello, infatti, fisica chimica e biologia convergono in questo unico campo di studi dove i confini tra le discipline sono molto sfumati e interdisciplinarità è la parola d'ordine.
Come idea, le nanotecnologie nacquero nel 1959 quando Richard Feynman tenne l'ormai leggendaria conferenza dal titolo "There's Plenty of Room at the Bottom" (C’è un sacco di spazio laggiù) in cui veniva introdotta l'idea che dal mondo dell'ultra-piccolo sarebbero potuti arrivare grandi cambiamenti a livello macroscopico.
Tuttavia, la vera nascita della nanoscienza e della nanotecnologia coincide con l'introduzione dei microscopi a scansione che, per la prima volta, hanno permesso di vedere e manipolare direttamente atomi e molecole (la figura in alto mostra proprio l'immagine di alcuni atomi di platino ottenuta con un microscopio a scansione).
Oggi le applicazioni pratiche della nanotecnologie sono in rapido sviluppo e senza che ce ne rendiamo conto prodotti nanotecnologici stanno entrando nella nostra vita di tutti i giorni; l'industria dell'elettronica, quella chimica e l'ingegneria dei materiali sono campi in cui la nanotecnologia trova quotidianamente, già oggi, un largo utilizzo.

Tuttavia il potenziale della tecnologia dell'ultrapiccolo è ancora ben lontano dell'essere pienamente sfruttato, rivoluzionarie si prospettano le applicazioni alla biologia ed alla medicina. Come ci mostrano la biologia molecolare e la biochimica, gli organismi viventi non sono altro che complessissimi e raffinati meccanismi molecolari il cui funzionamento si potrebbe controllare con metodi nanotecnologici. La vita in sé, del resto, è un vero e proprio esempio di avanzatissima nanotecnologia "naturale" forgiata dall'evoluzione in milioni di anni.

L'ultima frontiera della nanotecnologia, al momento ancora molto distante, sarà probabilmente quella teorizzata dal pioniere delle nanotecnologie Eric Drexler che, nel 1986 pubbicò il libro "Engines of Creation: The Coming Era of Nanotechnology", nel quale riprendendo le idee di Feynman introduceva il concetto di "assemblatore molecolare": una nanomacchina capace di costruire copie di se stessa e di qualunque altro oggetto di arbitraria complessità partendo solo dai suoi componenti chimici grezzi e dalla conoscenza della sua struttura atomica. Questa branca della nanotecnologia ancora nella sua infanzia, comunemente chiamata "nanotecnologia molecolare", è strettamente connessa con la così detta nanorobotica: il campo di ricerca di chi si occupa di come creare robot alla scala nanometrica.

Scriverò ancora sulla nanotecnologia ma per chiudere questo post voglio mostrarvi questo video che permette di intuire fino in fondo le potenzialità future delle nanotecnologie. Il video realizzato da Zyvex (la prima azienda ad occuparsi di nanotecnologia molecolare) mostra quello che potrebbe essere il funzionamento di un sistema produttivo alla nanoscala in grado di comportarsi come gli assemblatori molecolari proposti da Drexler.

Quello che vedrete in questo video per ora è un sogno; un sogno che, però, grazie alla passione, l'impegno e la fantasia di migliaia di scienziati in tutto il mondo potrebbe divenire realtà.

ALMA

2011-10-04T19:24:00.013+02:00

Inaugurato in questi giorni l'ALMA - Atacama Large Millimetre/sub-millimetre Array - è sicuramente uno dei più grandi progetti internazionali dedicati all'osservazione astronomica previsti per questa decade. Frutto di una vasta collaborazione tra organizzazioni di ricerca Nordamericane Europee e Giapponesi, questo rivoluzionario radiotelescopio è situato sull'altopiano di Chajnantor, a 5000 metri di altitudine, nel nord del Cile. La struttura, quando opererà a pieno regime, consisterà di 66 antenne radio mobili alte dodici metri e larghe 7, sparse in una regione di circa 12 km di diametro. Sfruttando la tecnica dell'interferometria radio, tutte le antenne potranno operare come un unico immenso radiotelescopio con una risoluzione mai raggiunta prima. Come dice il nome, questo osservatorio scruterà il cielo nelle lunghezze d'onda millimetriche e submillimetriche, aprendo, grazie alla sua risoluzione, una finestra completamente nuova sul cosmo. La luce a queste lunghezze d'onda, invisibile all'occho umano, è emessa da oggetti più freddi delle stelle che possiamo normalmente osservare nel visibile. Questo fatto renderà possibile studiare la formazione planetaria, l'astrochimica, rivelare la radiazione emessa dalle più distanti galassie e persino arrivare a osservare direttamente esopianeti, con la possibilità di scoprire le prime tracce di vita al di fuori del nostro pianeta.

Ecco il video di presentazione di questo straordinario progetto che, da un aspro deserto andino contribuirà ad espandere la nostara conoscenza del cosmo.

Sul sito di "Le Scienze" si può trovare una bella fotogalleria su ALMA.

Blue Brain - Human Brain Project

2011-10-04T00:08:00.004+02:00

Ricostruire il cervello pezzo per pezzo in un supercomputer.
Questo è l'obbiettivo del progetto Blue Brain, avviato nel maggio 2005 dalla IBM in collaborazione con Henry Markram neuroscienziato dell'École Polytechnique di Losanna in Svizzera. La portata epocale di un simile obbiettivo appare subito chiara; infatti non solo la costruzione di un cervello virtuale metterebbe nelle mani degli scienziati uno strumento formidabile par arrivare ad una miglior comprensione della mente e dei suoi disturbi, ma coinciderebbe con la realizzazione della prima macchina potenzialmente in grado di pensare e persino di provare emozioni come noi esseri umani. La motivazione dichiarata del progetto è quella di costituire una piattaforma per esperimenti neuroscientifici "in silico" (cioè simulati al computer) che permetta di riassumere e sintetizzare in un quadro coerente l'immensa mole di dati neurobiologici e comportamentali che la ricerca produce ogni giorno.
La potenza di calcolo necessaria per una simile impresa è notevole: ogni neurone simulato richiede la potenza di calcolo di un piccolo computer portatile. Nonostante ciò la tecnologia dei supercomputer, seguendo il trend di crescita esponenziale delle prestazioni dell'elettronica in atto ormai da decenni, si sta rapidamente avvicinando ai livelli necessari a rendere la simulazione di un intero cervello umano una possibilità concreta.
Ad oggi i ricercatori del Blue Brain Project sono già riusciti a compiere il primo passo verso il loro obbiettivo. E' stata completata la simulazione di una intera colonna neocorticale (la più piccola parte funzionale del cervello responsabile delle funzioni più elevate e del pensiero cosciente) del cervello di topo. Questa complessa rete neurale, costituita di 10.000 neuroni nei topi, ha le dimensioni di una punta di spillo e si ripete moltissime volte a formare l'intera neocorteccia. Il cervello umano possiede circa 2.000.000 di colonne di 100.000 neuroni ciascuna.
In questi sei anni il progetto è stato un successo, il team di Henry Markram ha messo a punto tutte le tecniche necessarie per costruire modelli biologicamente accurati dei neuroni,spingendo la simulazione, quando necessario, fino al dettaglio molecolare. I modelli così generati hanno mostrato gli stessi comportamenti osservati nei cervelli biologici in anni di sperimentazione neuroscientifica.
Grazie agli ottimi risultati il gruppo di ricercatori del politecnico di Losanna, insieme insieme agli scienziati di altre dodici importanti istituzioni europee di ricerca, ha potuto proporre lo Human Brain Project. Un iniziativa su vasta scala a livello europeo che si prefigge lo scopo il raggiungimento dell'obbiettivo originale del Blue Brain Project, realizzare la simulazione completa di un cervello umano, in soli 10 anni.
Dopo essere stato finanziato dall'unione europea con 1.4 milioni di euro come progetto pilota lo Human Brain Project è ora in attesa dell'attribuzione di un finanziamento di 1.61 miliardi di euro in dieci anni e il suo completamento è previsto per il 2024.

In futuro dedicherò sicuramente altri post a questo affascinante progetto.
Per ora potete godervi il video qui sotto nel quale navighiamo all'interno dell'intrico di neuroni che compongono una delle colonne neocorticali ricostruite dai neuroscienziati del Blue Brain Project.

I neutrini di Majorana

2011-10-02T20:07:00.001+02:00

Dopo il clamoroso annuncio da parte dei ricercatori dell'esperimento OPERA riguardo all'osservazione di neutrini più veloci della luce la comunità scientifica, oltre ad attivarsi per confermare o smentire il risultato, si sta interrogando sulle possibili spiegazioni di un simile fenomeno. In un articolo recentemente pubblicato sul sito arxiv.org i fisici dell' università di Padova Fabrizio Tamburini e Marco Laveder affermano che la possibilità un comportamento "superluminale" da parte dei neutrini fosse già stata ipotizzata nel passato, e non qualche anno fa ma addirittura nel 1932. Rileggendo gli appunti scritti quasi ottanta anni fa dal geniale Ettore Majorana i due si sono convinti che la sua teoria sulle particelle elementari dia delle predizioni in ottimo accordo con i risultati dell’esperimento OPERA. Majorana, ipotizzava infatti che, in particolari condizioni, le particelle elementari possano assumere una massa ‘immaginaria’(cioè descritta da un numero immaginario). Questa insolita proprietà potrebbe liberare le particelle dai limiti imposti della Relatività di Einstein permettendo loro di viaggiare più veloci della luce pur rispettandone le equazioni.
In particolare i neutrini potrebbero diventare "tachionici", cioè viaggiare a velocità superiore a quella della luce se costretti ad attraversare un materiale molto denso. Questo è proprio ciò che è avvenuto ai neutrini dell'esperimento OPERA che, sparati dal CERN verso i laboratori nazionali del Gran Sasso hanno attraversato ben 730 Km di roccia prima di interagire con il rivelatore.
Questa teoria appare ancora più promettente se si pensa che si accorda perfettamente con gli altri dati già noti riguardo alla velocità dei neutrini. Infatti altri indizi, seppur meno significativi dal punto di vista statistico, di neutrini viaggianti a velocità superluminali erano già stati raccolti dall'esperimento americano MINOS anche nel quale questi dovevano attraversare un lungo tratto di sottosuolo. Anche il fatto che con la comparsa di supernovae si registri un aumento del flusso di neutrini, evidenza sperimentale in contrasto con il fatto che i neutrini viaggino "sempre" più veloci della luce, concorda con la teoria di Majorana secondo la quale nel vuoto spaziale, in condizione di bassissima densità, i neutrini non dovrebbero diventare tachionici.
Se tutto ciò fosse confermato la validazione di questa previsione si aggiungerebbe alla già lunga lista di successi di questo grande scienziato italiano scomparso nel nulla 80 anni fa.

Del dot B

2011-10-02T11:54:00.000+02:00

Oggi è domenica e voglio concedermi un post umoristico!

Se conoscete “Let It Be” dei Beatles e le equazioni di Maxwell apprezzerete sicuramente questo brillante esempio di “umorismo fisico” che gira da un po’ di tempo tra gli studenti del secondo anno di fisica qui a Torino ( e se per caso vi stavate chiedendo quali corsi stesse frequentando in questo periodo l’autore: ecco, ora avete la risposta! ;) ).

Buon ascolto!

La supersimmetria al tramonto?

2011-09-30T23:14:00.005+02:00

La teoria della supersimmetria è una teoria emersa nel corso degli anni settanta per risolvere un difetto del modello standard della fisica delle particelle. Il difetto in questione è il cosìddetto problema della "regolazione fine", vale a dire la necessità di fissare la massa del bosone di Higgs ad un ben preciso valore affinchè il modello standard mantenga la propria coerenza. Altri problemi teorici che la supersimmetria si è nel tempo candidata a risolvere erano quello della materia oscura e quello dell'unificazione delle forze fondamentali.
La teoria assume l'esistenza di una simmetria tra fermioni, particelle con spin semintero come gli elettroni e bosoni, particelle con spin intero come i fotoni; questa simmetria ha come conseguenza il fatto che ogni fermione debba avere un corrispondente "superpartner" bosonico e vice versa.
Nonostante la sua bellezza matematica e la sua utilità teorica molti fisici sono sempre rimasti piuttosto scettici riguardo alla supersimmetria; tuttavia, attualmente, sono in corso numerosi esperimenti che potrebbero verificare le previsioni della teoria o portare alla sua falsificazione.
Recentemente sono stati pubblicati su Physical Review Letters i risultati dell'esperimento MEG, il cui scopo era quello di rivelare il decadimento del muone in positrone più fotone, un fenomeno previsto della supersimmetria. I dati raccolti da MEG escludono l'esistenza di questo processo fino a una bassissima soglia di probabilità. Se a questi risultati negativi aggiungiamo la completa mancanza di indizi di particelle supersimmetriche nelle collisioni osservate finora da LHC capiamo perchè un cresente numero di teorici stiano pensando di abbandonare la teoria. John Ellis importante teorico delle particelle al CERN aveva già dichiarato all'inizio di quest'anno che avrebbe atteso la fine del 2012 per abbandonare la supersimmetria.
Tutti questi risultati riducono significamente lo spazio dei parametri per le teorie supersimmetriche, ma non le escludono ancora completamente. Per avere la parola definitiva bisognerà quindi aspettare ancora un pò più di un anno quando lhc avrà aumentato l'energia e la luminosità dei suoi fasci e esperimenti come MEG avranno raccolto più dati.
Si potrebbe aprire quindi un periodo di svolta per la fisica con una teoria come la supersimmetria che ha dominato la fisica teorica per decenni che si prepara, forse, ad uscire di scena e con la violazione, ancora da confermare, del limite della velocità della luce imposto dalla relatività da parte dei neutrini dell'esperimento OPERA.

Il futuro delle neuroprotesi

2011-09-29T23:19:00.007+02:00

E' di ieri la notizia che un gruppo di neuroscienziati dell'università di Tel Aviv è riuscito a sostituire il cervelletto di un topo con una neuroprotesi. Il cervelletto è una regione cerebrale coinvolta nel controllo e nell'apprendimento motorio che gioca anche un ruolo importante nella regolazione delle emozioni e, negli esseri umani, del linguaggio.Il dispositivo elettronico è stato progettato per registrare tramite elettrodi gli imput di attività neurale in arrivo alla regione cerebrale ed elaborarli in modo analogo a come vengono elaborati da un cervelletto biologico per poi ritrasmetterli di nuovo al cervello del topo.
Per testare il funzionamento dell'impianto neurale gli scienziati lo hanno collegato al cervello dell'animale, posto sotto anestesia, dopo aver "disattivato" il cervelletto. A questo punto è stato possibile mostrare che attivando il dispositivo era possibile far apprendere al topo addormentato un "riflesso motorio" (incoraggiandolo ripetutamente a sbattere le palpebre all'udire di un suono usando un soffio d'aria sull'occhio) proprio come avviene nei topi con un cervelletto sano. A dispositivo disconnesso invece, il topo non era in grado di apprendere il riflesso.
Adesso ricercatori vogliono adesso testare il chip su animani più grandi e in stato di veglia in modo da poter far apprendere loro sequenze di movimenti più complessi.
L'obbiettivo a lungo termine di queste ricerche è quello di sviluppare circuiti elettronici che siano in grado di imitare accuratamente il funzionamento di aree cerebrali sempre più estese e complesse con lo scopo sostituire parti di cervello di pazienti con danni cerebrali o di migliorare specifiche funzioni in soggetti sani.
Nel giugno di quest'anno ricercatori della University of Southern California e della Wake Forest University erano già riusciti in un impresa simile riuscendo a sostituire due aree dell'ippocampo di topi con una neuroprotesi dimostrando come: "disponendo di sufficienti informazioni circa la codifica neurale della memoria, una protesi neurale in grado di identificare e manipolare in tempo reale il processo di codifica può ripristinare e anche migliorare i processi mnemonici e cognitivi".
Il susseguirsi di risultati di questo tipo si inserisce nella tendenza delineata dal neuroscienziato e bioingegnere dell'MIT Ed Boyden in un suo discorso all'emTech 2010: "stiamo entrando in un rinascimento neurotecnologico nel quale gli strumenti a disposizione per comprendere e reingegerizzare il cervello e le sue funzioni si stanno espandendo sia in ampiezza che in profondità ad una velocità senza precedenti".

Biomondi

2011-09-28T17:24:00.008+02:00

Come diceva Richard Feynman "esistono arcobaleni che gli occhi non possono vedere, ma che per questo non sono meno affascinanti". Uno di questi arcobaleni splende continuamente all'interno dei nostri corpi.
La biologia molecolare e la biochimica continuano a svelarci giorno dopo giorno i dettagli più intimi del funzionamento della vita a livello molecolare e, negli anni, la comunità scientifica ha accumulato una immensa mole di dati sulla struttura e la dinamica delle biomolecole. E' chiaro quindi perchè sia sempre più urgente trovare un modo di riassumere in un unico quadro di riferimento tutte queste informazioni; questo permetterebbe di apprezzare le interazioni complesse dei vari costituenti di un sistema biologico e di svilupparne una visione più comprensiva. In questo senso la computer grafica e l'animazione 3D protagoniste dello sviluppo dell'industria dell'intrattenimento digitale possono venire in aiuto della ricerca scientifica.

Diversi gruppi di ricerca come i ricercatori dell'unità di visualizzazione scientifica dell'Istituto di Fisiologia Clinica del CNR, autori del video postato più sotto, stanno adattando queste tecnologie in modo da generare realistiche ed affascinanti rappresentazioni tridimensionali di sistemi biologici. Proprio come degli esploratori siamo quindi in grado di "navigare" all'interno di una cellula per vedere in azione le complesse macchine molecolari che sottendono al funzionamento di quasi qualunque processo biologico.

Nel video qui sotto, dopo un breve viaggio all'interno di un capillare, ci introduciamo all'interno di un globulo bianco (un linfocita T). Per fare questo passiamo attraverso un canale potassio posto sulla sua membrana cellulare ricoperta di una vera e propria "selva" di glicoproteine, glicolipidi e proteine di membrana. All'interno ci troviamo a viaggiare accanto a un microtubulo percorso da una molecola di chinesina, dopodichè abbiamo un incontro ravvicinato con la cadmodulina, una proteina importante nei processi di segnalazione intracellulare. Infine concludiamo il nostro viaggio assistendo ai complessi processi che avvengono durante la citocinesi, processo di divisione del citoplasma che normalmente segue la divisione cellulare.

(Per chi volesse informazioni più dettagliate su cio chè viene rappresentato in questo video ecco il link del sito dell IFC)

I am my connectome - Io sono il mio connettoma

2011-09-27T23:22:00.009+02:00

Voglio inaugurare il blog parlando di neuroscienze.

In questa brillante conferenza del 2010 il fisico e neuroscienziato Sebastian Seung, professore di neuroscienze computazionali presso l'MIT, illustra lo stato dell'arte del suo campo di ricerca: la "connettomica". Quest'ultima rappresenta forse una delle frontiere più calde della ricerca neuroscientifica attuale.
La connettomica è una giovane branca delle neuroscienze il cui obbiettivo è quello di ricostruire, mappare e comprendere nel dettaglio la connettività neurale del cervello. Per fare ciò neuroscienziati di tutto il mondo stanno cercando di ricostruire la rete tridimensionale delle connessioni cerebrali, sia a livello "macro" usando tecniche come la risonanza magnetica, sia alla microscala, a livello di singoli neuroni e sinapsi tramite la microscopia elettronica. E' questo secondo approccio, dalle grandi prospettive ma che pone anche notevoli sfide tecnologiche, che sta seguendo il professor Seung nel suo laboratorio.
Nel corso della conferenza Seung illustra un'ipotesi che sta andando sempre più affermandosi con lo sviluppo della ricerca neuroscientifica. Il nostro io, i nostri ricordi e la nostra identità personale sarebbero codificati nel nostro cervello proprio come particolare schema di connessioni, in altre parole dal nosto connettoma. Da qui il titolo della conferenza.
In coda il professore accenna alla crionica, una pratica che consiste nella conservazione tramite bassissime temperatura di pazienti deceduti nella speranza di poterli riportare in futuro in vita grazie a più avanzate tecnologie mediche (per chi fosse interessato, a questo indirizzo, si può trovare un ottimo articolo di approfondimento). L'efficacia di questa strategia per "ingannare la morte" potrebbe essere scientificamente testata proprio verificando la sua capacità di conservare intatto il connettoma.

Il primo post - Scienza di Frontiera

2011-09-26T22:58:00.005+02:00

Mi chiamo Giulio Matteucci, ho 19 anni e studio fisica all’università di Torino dove sto frequentando il secondo anno del corso di laurea triennale. Da tempo nutro una grande passione per le scienze, in particolare per la fisica, la chimica e la biologia.

Nel tempo libero mi piace molto leggere blog scientifici e notizie per tenermi aggiornato sugli sviluppi più recenti della ricerca.

Negli anni, seguendo questi miei interessi, sono rimasto particolarmente affascinato da campi di ricerca fortemente interdisciplinari e in rapida espansione come le neuroscienze, la biologia molecolare e le biotecnologie o le nanotecnologie.

Le prime, carpendo i segreti del cervello, scoprendone sistemi e funzioni, ci stanno portando per la prima volta a capire il funzionamento della nostra stessa mente.

Le seconde, indagando i più raffinati e complessi meccanismi della vita, ci stanno aprendo le porte su un fantastico universo prima sconosciuto.

Le ultime, insegnandoci a maneggiare atomi a molecole ad uno ad uno, dischiudono infinite e sconcertanti possibilità.

E’ proprio di tutto questo che vorrei parlare in questo blog.

L’idea di aprire un blog riguardante questi temi non nasce solo dal desiderio di condividere questi miei interessi ma anche da una amara constatazione: troppo spesso argomenti di grande interesse rimangono trascurati nel desolante panorama della divulgazione scientifica italiana.

Un panorama che pur presentando vette luminose come “Le Scienze” o “Super Quark”, vede il successo dilagante della divulgazione pseudo-scientifica alla “Voyager” o alla “Mistero”. Programmi dove, ad ogni puntata, viene passata per divulgazione scientifica un’immagine grottesca e deformata del pensiero e delle conoscenze scientifiche.

Coloro che fanno questa dis-informazione scientifica spesso si occupano di temi raggruppabili nella categoria che in inglese è detta “fringe science” (traducibile in italiano come “scienza di confine”). In questo calderone, insieme a ogni sorta di superstizione e di bufala pseudoscientifica finiscono a volte anche alcuni dei temi seri, che con la pseudoscienza non hanno proprio nulla a che fare. Penso che sarebbe veramente tragico se la divulgazione di temi così attuali venisse lasciata ad iniziative di livello così basso.

Poste alla confluenza tra discipline tradizionali, esempi di vera “Scienza di Frontiera” come le nanotecnologie, le neuroscienze, le biotecnologie stanno portando l’uomo in “territori inesplorati” fino a poco tempo fa di competenza esclusiva della fantascienza (in inglese “Science Fiction” o “SF” -- Ora finalmente capirete i perché del nome di questo blog! ;) ). Penso che nei prossimi anni, come cittadini e come esseri umani, saremo sempre più spesso chiamati a compiere scelte importanti per il nostro futuro riguardanti gli sviluppi di scienza e tecnologia. Credo che simili scelte, per essere consapevoli, richiederebbero una cultura scientifica e uno spirito critico ben maggiore di quello apparentemente diffuso nell’Italia di oggi.

E’anche in base a queste considerazioni che vorrei, con questo blog, contribuire nel mio piccolo a modificare questa situazione e portare un po’ più di attenzione su temi che non ricevono l’attenzione meritata viste le loro profonde implicazioni sociali e culturali.

Al prossimo post allora!