venerdì 30 settembre 2011

La supersimmetria al tramonto?

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.

giovedì 29 settembre 2011

Il futuro delle neuroprotesi

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".

mercoledì 28 settembre 2011

Biomondi

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)

martedì 27 settembre 2011

I am my connectome - Io sono il mio connettoma

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 legalmente 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, evitando, in questo modo, lo stato fisicamente irreversibile di "information-theoretic death", che, in italiano, potremmo tradurre come di "morte informazionale teorica" (qui la definizione di "information-theoretic death" su wikipedia).

PS: Se volete saperne di più sulla connettomica vi consiglio la lettura di altri post più recenti in proposito: ""Connectome" - Il nuovo libro di Sebastian Seung", "Connettomica – Costruire una mappa della mente", "HCP - L'approccio "macro" alla connettomica" e "Untangling the brain - La connettomica funzionale" .  

lunedì 26 settembre 2011

Il primo post - Scienza di Frontiera


Mi chiamo Giulio Matteucci, classe 1991, 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!