Post in evidenza

Warfare Revolution

Some of the world’s leading robotics and artificial intelligence pioneers are calling on the United Nations to ban the development and us...

sabato 10 gennaio 2009

LA GUERRA DEI MONDI 9

È il 22 settembre 2019. Agli umani restano solo 23 anni di vita. Le cause che possono portare all'estinzione sono rappresentate principalmente da 5 "super minacce": la fame, le malattie, le guerre di potere, un pianeta dominato dall'assenza di legge (e dai fuorilegge), e l'esilio delle generazioni (ossia coloro che sono fuggiti dal proprio paese per problemi ambientali o crisi economiche).

L'avventura di "Superstruct", il primo gioco multiplayer per salvare la Terra creato dal Ten-Year Forecast team presso l'Institute for the Future, un gruppo di esperti di Palo Alto, California, che era iniziata il 6 ottobre, si è conclusa dopo 6 settimane.

Lo scopo del gioco era di risolvere i diversi problemi suggerendo strategie e soluzioni. Si è giocato a Superstruct attraverso i forum, i blog, i video, i wiki e la Rete in generale. Terminato il gioco, gli esperti del Ten Year Forecast team hanno analizzato i contenuti proposti e redatto un documento, “The Final Threat”, con le migliori proposte per l'anno 2019, mentre il sito di Superstruct rimarrà in vita come una sorta di archivio di memoria immersiva.

Le cinque super-minacce, insieme, secondo Audrey Chen, presidente della simulazione condotta dal gruppo di esperti GEAS (Global Extinction Awareness System), potrebbero davvero causare l'estinzione e minare irreversibilmente la capacità adattiva della nostra specie.

SUPERSTRUCT - A Sneak Preview of The Final Threat, Institute for the Future, 18 settembre 2008

Mcm10 mentre interagisce con un segmento di DNA (in rosso). OB-fold in verde e la struttura a dito di zinco in blu (Credit: Brandt Eichman).

Per la prima volta, dei biologi strutturali sono riusciti ad ottenere la struttura tridimensionale di una delle proteine alla base della complessa macchina molecolare chiamata “replisoma” che le cellule di piante e animali assemblano per copiare il loro DNA nella prima fase della riproduzione.

La struttura molecolare della proteina “Mcm10, pubblicata online su Structure, è stata scoperta grazie ad una collaborazione tra Brandt Eichman, assistente professore di Scienze Biologiche, Walter Chazin, professore di Fisica e Biochimica, entrambi alla Vanderbilt University, e Anja Katrin-Bielinsky della University of Minnesota.

Il processo della replicazione del DNA nelle cellule eucariote, che contengono l’informazione genetica nel nucleo, è una “scatola nera”, si sa poco di come funziona l’intero processo a livello molecolare. Dato che nel mondo proteico la forma causa la funzione, determinare la struttura 3D delle 30-40 proteine che si combinano per formare il replisoma è un primo passo necessario per studiare nel dettaglio le fasi di tutto il processo.

La struttura della Mcm10 è stata determinata usando cellule della rana africana “Xenopus laevis” ed ha rivelato una speciale caratteristica, chiamata “OB-fold”, che le proteine usano per interagire con il DNA. Inoltre, contiene una protuberanza – chiamata “dito di zinco” (“zinc finger”) perché è costruita attorno ad un atomo di zinco – che le proteine normalmente usano per riconoscere specifici segmenti di DNA.

I ricercatori ritengono che la Mcm10 giochi un ruolo chiave nel posizionare le altre proteine nel replisoma in un singolo segmento di DNA in modo che possa essere letto correttamente e duplicato.

“First 3-D Images Obtained Of Core Component Of Molecular Machinery Used For Cell Reproduction”, ScienceDaily, 23 dicembre 2008

Osamui Shimomura, Martin Chalfie e Roger Tsien hanno ricevuto il Nobel per la Chimica 2008 per l’utilizzo della proteina fluorescente GFP (Green Fluorescent Protein), osservata per la prima volta nel 1962 in una medusa (Aequorea victoria).

Processi come lo sviluppo delle cellule nervose nel cervello o la crescita delle cellule tumorali sarebbero rimasti nascosti e invisibili senza la GFP, una “spia” che rivela la presenza di molecole altrimenti invisibili e traccia i percorsi delle cellule.

L'uso di questo marcatore, in grado di emettere luce verde fluorescente se esposto a raggi ultravioletti, è stato rivoluzionario per la biologia. Non solo è facilmente rilevabile, ma è inerte (non modifica in alcun modo l'organismo o il sistema in ci viene inserito) e viene smaltito facilmente.

Grazie alle tecniche di bioingegneria, la GFP viene oggi utilizzata per rilevare cellule tumorali, interazioni tra le proteine, danni ai tessuti cerebrali causati da malattie neurodegenerative come l'Alzheimer, ed è stata usata per comprendere come le cellule produttrici di insulina vengono create nel pancreas durante lo sviluppo embrionale.

In Italia, il gruppo di ricerca del National Enterprise for Nanoscience and Nanotechnology (NEST) della Normale di Pisa e dell'Istituto Nazionale di Fisica per la Materia (CNR-INFM) collabora con Tsien e ha sviluppato e brevettato diverse varianti di GFP. Tra queste, le “reporter”, che sono più semplici da individuare rispetto all'originale, e le “sensore”, che mutano il colore con cui rispondono alla luce a seconda della posizione e dello stato della cellula, utilizzabili come “registratori” di attività biologiche.


Grazie ad una nuova tecnica di imaging microscopica, un gruppo di biochimici della Harvard University ha realizzato un video in tempo-reale del movimento delle molecole all’interno di cellule viventi.

La “Stimulated Raman Scattering” (SRS) utilizza fasci di luce laser per colpire le molecole e farle vibrar; tracciando le vibrazioni, si produce una sequenza di punti che formano una mappa molecolare. Rispetto ad altre tecniche avanzate di imaging cellulare, l’SRS non richiede l’uso di tags fluorescenti per illuminare le molecole obiettivo.

L’esperimento condotto dal team della Harvard University, descritto su Science, ha riguardato la penetrazione di acido retinoico (che provoca l’acne) nelle cellule della pelle e il movimento dei grassi attraverso cellule neurali

"Le compagnie specializzate in prodotti per la cura della pelle potranno usare la tecnica SRS per osservare come i diversi ingredienti delle loro formule si distribuiscono e si diffondono nella pelle", dice Sunney Xie, co-autore dello studio, "mentre l’industria del cibo potrà mappare la distribuzione di grassi, proteine e zuccheri nei prodotti alimentari. In futuri, con le fibre laser in miniatura, i microscopi SRS potranno essere usati per diagnosticare tumori".

Citation: "Label-Free Biomedical Imaging with High Sensitivity by Stimulated Raman Scattering Microscopy." Christian W. Freudiger, Wei Min, Brian G. Saar, Sijia Lu, Gary R. Holtom, Chengwei He, Jason C. Tsai, Jing X. Kang, Sunney Xie. Science, Science 19 December 2008, 10.1126/science.1165758

“Molecules Moving in Living Cells”, Wired, 18 dicembre 2008

Un team di ricercatori giapponesi guidati da Yukiyasu Kamitani, dell'ATR Computational Neuroscience Laboratories di Kyoto, ha messo a punto un software per leggere il pensiero basato sulla fMRI (functional Magnetic Resonance Imaging). La ricerca è stata pubblicata sulla rivista Neuron.

Già all'inizio di quest'anno, Jack Gallant e colleghi della University of California di Berkeley, avevano dimostrato come si poteva capire con precisione quale immagine, all'interno di una serie, veniva osservata da una persona, basandosi soltanto su una “scansione” del cervello interpretata da un apposito software che confrontava l'attività cerebrale durante l'osservazione in questione con quella registrata durante l'osservazione delle immagini “test”.

Il gruppo giapponese, basandosi sull'attività cerebrale registrata dalla risonanza magnetica funzionale, è riuscito invece a ricreare una vera e propria fotografia in bianco e nero di ciò che il cervello stava osservando senza bisogno di immagini test sulle quali effettuare la comparazione. «Analizzando i segnali nervosi nel momento in cui l'immagine veniva vista, siamo riusciti a ricostruirla», ha detto Kamitani.

«È stupefacente», ha commentato sul sito del New Scientist John-Dylan Haynes del Max Planck Institute for Human Cognitive and Brain Sciences di Lipsia, «si tratta davvero di un notevole passo in avanti ».

I ricercatori prima hanno mappato mediante fMRI i cambiamenti del flusso sanguigno relativi alla corteccia cerebrale visuale mentre i soggetti osservavano varie immagini in bianco e in nero - circa 400 - ognuna per 12 secondi, poi hanno fatto elaborare i dati al computer che ha associato i cambiamenti dell’attività cerebrale ai disegni delle varie immagini. Infine, quando ai soggetti è stata mostrata una nuova serie di immagini, il sistema è stato in grado di ricostruire e visualizzare ciò che i soggetti stavano osservando basandosi esclusivamente sulla loro attività cerebrale.

Per il momento, il sistema è in grado di riprodurre solo semplici immagini in bianco e in nero. Ma il Dr. Kang Cheng, del RIKEN Brain Science Institute, è convinto che si potrà rendere possibile anche la riproduzione di immagini a colori.

Per le future applicazioni, si pensa al campo dell’arte e del design – si potrà accedere alle immagini create dalla mente dell’artista – o al trattamento di disordini psichici che provocano allucinazioni, fornendo ai dottori un finestra diretta aperta nella mente del paziente.

“Mind-reading software reveals brain images”, newscientist, 17 dicembre 2008

Dopo il trenino elettrico azionato dal pensiero, i tecnici giapponesi della Hitachi hanno presentato il primo sistema per la "lettura del pensiero" tascabile: Una fascia da soli 400 grammi da portare in testa e un controller da 600 da portare alla cintura, una sorta di walkman che sfrutta la tecnologia della topografia ottica per interpretare l'attività del cervello e registrarla su una memoria flash o, via WiFi, su un computer.

Il meccanismo su cui si basa la macchina è piuttosto semplice: la fascia sistemata sulla fronte, attraverso l'emissione di impulsi laser, rileva le variazioni del flusso sanguigno all'interno del cervello e le trasmette al controller. I gruppi di neuroni in funzione richiedono infatti un maggiore apporto di zuccheri e ossigeno per il loro sostentamento, e causano dunque una sorta di concentrazione sanguigna negli spazi limitrofi. Misurando la concentrazione dell’emoglobina presente nei globuli rossi, l'apparecchio è in grado di stabilire quali parti del cervello siano in funzione in ogni istante. Un singolo computer è in grado di monitorare fino a 24 individui dotati della fascia frontale, permettendo di registrare l'attività cerebrale anche di piccoli gruppi impegnati in attività sociali.

Secondo i ricercatori, questa tecnologia potrebbe essere impiegata nel campo della psicologia e dell'educazione, per approfondire gli studi sul comportamento umano. La nuova disciplina del neuromarketing potrebbe giovarsi inoltre del contributo di questo tipo di informazioni, rivelando quali siano i meccanismi mentali alla base delle decisioni dei clienti e delle loro valutazioni prima e dopo l'acquisto. E se i primi prototipi di questa macchina facevano pensare ad applicazioni ludiche (OCZ ha presentato un prototipo analogo durante lo scorso CeBIT), la speranza è che questo tipo di prodotti possa risultare utile a garantire maggiore autonomia ai pazienti disabili.

“Hitachi's Portable Mind Reader Shoots Lasers at Your Brain”, gizmodo, 23 maggio 2007

Due ricercatori ungheresi Bottyan Nemeth e Laszlo Laufer, della Budapest University of Technology and Economics, hanno ideato un sistema semplice ed economico per "leggere nel pensiero": con due semplici elettrodi posti sulla mano sono in grado di prevedere con un certo anticipo le mosse di un umano.

Nel corso di una sperimentazione, hanno chiesto ad alcuni soggetti di giocare con un celebre flash-game,YetiSports JungleSwing”, il cui scopo è condurre un uomo delle nevi da un albero all'altro mediante dei salti: la difficoltà è insita nella imprevedibilità del momento migliore in cui spiccare il balzo. A tutti sono stati applicati un sensore per la misurazione del battito cardiaco, uno per misurare l'attività celebrale e due piccoli terminali sulla mano sinistra che registrano i segnali elettrici.

L’esperimento ha dimostrato che basta quest'ultimo valore a garantire uno scarto nell'ordine di due secondi per la previsione della prossima mossa del giocatore: prima che ai muscoli sia effettivamente impartito il comando di muoversi, il sistema nervoso viene attraversato da una corrente elettrica misurabile che basta ad un comune computer per accorgersi delle intenzioni del soggetto e reagire di conseguenza.

Tutti gli altri dispositivi di questo tipo realizzati finora, sfruttano meccanismi più complessi per funzionare: dalla topografia ottica che muove il trenino Hitachi, al rivelatore di onde celebrali che consente di giocare con la spada di Darth Vader, quasi tutti implicano l'uso di un casco per un esame simile all’ elettroencefalogramma e di un computer per interpretare i dati raccolti. Il dispositivo ungherese è invece più compatto ed economico.

A parte il videogame con lo Yeti, secondo Laufer sono molte le applicazioni utili di questa scoperta: "Ci sono situazioni reali in cui farebbe comodo un aiuto per prendere la decisione giusta al momento giusto. Penso ad applicazioni militari, ad esempio i piloti di aereo, ma certamente ce ne sono molte altre".

Per quanto riguarda i videogiochi, "ho in mente una sorta di gioco della frustrazione", un gioco che complica la vita dell'essere umano tentando di prevedere le sue mosse e cambiando le situazioni e la velocità di esecuzione: basterebbe integrare una coppia elettrodi in un comune gamepad per aggiungere questa funzione a qualsiasi titolo di qualunque piattaforma.

“Mind-Reading Device Could Revolutionize Video Games”, FoxNews, 30 aprile 2007

“Skin signals betray a gamer's moves”, newscientist, 29 agosto 2007

“Thought control: it's the computer world's latest game plan”, timesonline, 18 luglio 2008

(Credit: Indiana University)


Un team americano di neuroscienziati ha realizzato la prima mappa ad alta risoluzione della corteccia cerebrale umana, rivelando una grande "Stazione Centrale" connessa strutturalmente a molte altre parti del cervello (lo studio è stato pubblicato su PLos Biology).


La mappa è stata generata grazie ad una nuova tecnica conosciuta come "diffusion imaging” - basata sui micromovimenti casuali delle molecole di acqua in tessuti biologici rilevati da segnali di risonanza magnetica - che ha consentito di visualizzare un groviglio di materia bianca ritenuto finora inaccessibile, un'ammasso di fibre lunghe e sottili che trasportano i segnali nervosi tra le cellule. Si spera di riuscire a capire come avvengono le modificazioni neurali nei malati di Alzheimer, schizofrenia e autismo.


"Il fatto che esista un cuore del sistema neurale, pone molte questioni", dice Olaf Sporns, neuroscienziato dell'Indiana University, principale autore dello studio, "Come funziona? E quanto è coinvolto nel gestire i messaggi che passano tra le diverse parti del cervello?".


Le tecniche di imaging convenzionali, come la risonanza magnetica (Magnetic Resonance Imaging o MRI), servono a rivelare le caratteristiche anatomiche del cervello. Ma negli umani, la più sofisticata architettura in cui proiezioni neurali collegano differenti parti è rimasta finora sconosciuta. "Quello che abbiamo visto fino ad oggi non è il vero cervello", dice Van Wedeen, neuroscienziato del Massachusetts General Hospital di in Boston, coinvolto nello studio, "ma solo ombre delle sue superfici".


Nella materia grigia, l'acqua tende a diffondersi multi-direzionalmente. In quella bianca, invece, si diffonde lungo le fibre nervose chiamate assoni: gli scienziati possono misurare il movimento di questa diffusione per mappare le fibre nervose. L'ultima novità, chiamata "diffusion spectrum imaging", consente di determinare la direzione di fibre nervose sovrapposte. "Si tratta di una tecnica non invasiva per mappare la neuro-connettività", dice Wedeen, che ha sviluppato la tecnica. Wedeen e i suoi collaboratori l'hanno testata su cinque volontari. Per rivelare il cuore del network neurale, Sporns ha usato una tecnica matematica per eliminare i punti di connessione con pochi links. Gradualmente, rimangono una serie di nodi altamente interconnessi.


Il nodo con più interconnessioni, il cuore appunto, si trova in una parte posteriore del capo, tra le parti del cervello conosciute come posteriore mediale e corteccia cerebrale parietale, nel percorso più breve tra molte differenti parti del network neurale. "È altamente interconnesso al suo interno", dice Sporns, "oltre che altamente centrale rispetto al resto del cervello. Gli studi sui networks in altri campi, da Internet alle interazioni tra proteine, suggeriscono che questi tipi di nodi sono molto importanti per determinare le caratteristiche del network nel suo complesso".


Altri studi già in precedenza si erano concentrati su questa regione, una delle parti del cervello più attiva metabolicamente, in particolare quando l'attività cognitiva è a riposo seppur in fase di veglia. "Si chiama stato di riposo o anche daydreaming o ancora processo auto-referenziale", dice Sporns.


(Art. di Rif.: Hagmann, P., Cammoun, L., Gigandet, X., Meuli, R., Honey, C.J., Wedeen, V.J., Sporns, O., Friston, K.J., "Mapping the Structural Core of Human Cerebral Cortex". PLoS Biology, 6(7), e159.)

“First Detailed Map of the Human Cortex”, Technology Review, 07 luglio 2008

I fisici oggigiorno si trovano a dover gestire “petabytes” (milioni di gigabytes) di dati. Per estrarre senso da questa enorme massa di dati, si ricorre ad appositi software.

Il New Journal of Physics per celebrare gli stupefacenti risultati raggiunti nel campo ha pubblicato una serie di immagini, dal molto piccolo – la struttura interna delle ossa umane – al molto grande – la collisione tra due galassie.

Cesar A Hidalgo, un fisico del Centre for International Development alla Harvard University, ritiene che la “network science” sarà sempre più fondamentale per sviluppare gli strumenti utili sia per la pianificazione economica che la ricerca medica. In quest’ultimo campo, ad esempio, un database comprendente dati di un larga fetta della popolazione americana anziana è stato usato per realizzare un network in grado di mostrare la distribuzione di diverse malattie, allertando i dottori sui rischi per la salute associati a particolari alimenti. In campo economico, il progetto “Product Space” produce mappe visuali dei prodotti commerciali che tendono ad emergere e delle aree dove le economie incontrano maggiori problemi nel diversificarsi.

“La scoperta che molti sistemi complessi sono dei networks assai ben strutturati, non solo ha cambiato le prospettive della fisica ma anche di come riuscire a visualizzare tali pattern”, dice Hidalgo.

Hidalgo si è dedicato alla realizzazione di mappe che descrivono l’architettura interna di sistemi complessi sia naturali che sociali che ha chiamato “network visualizations”, in grado di trasformare un amorfa massa di dati in colorate e disomogenee strutture fatte di patterns e connessioni relativamente facili da riconoscere e ricordare.

(Credit: Barry C Sanders, Lloyd C L Hollenberg, Darran Edmundson and Andrew Edmundson. New J. Phys.)

Barry Sanders, direttore dell’Institute for Quantum Information Science alla University of Calgary in Canada, insieme ad un team di ricercatori e disegnatori ha realizzato un piccolo film di 4 minuti – “Solid State Quantum Computer in Silicon” - che spiega come funzionano i computer quantistici.

“La storia della visualizzazione dell’ultimo secolo converge verso concetti quantistici”, dice Sanders, che fa notare come la nota immagine del “gatto di Schrödinger”, lasciato in un tragico stato di superposizione tra la vita e la morte, sia una perfetta illustrazione della paradossalità della teoria dei quanti. Oppure il principio di indeterminazione di Werner Heisenberg ben rappresentato dal microscopio a raggi gamma ipotizzato dallo stesso Heisenberg in grado di rendere visibile e di osservare qualsiasi frequenza.

“L’immaginario degli inizi della meccanica quantistica ha giocato un ruolo cruciale nella comprensione e l’accettazione della teoria. Il mio lavoro cerca di portarlo su un nuovo livello usando lo stato dell’arte delle tecniche di animazione per spiegare chiaramente e rapidamente la natura della computazione quantistica che è contro-intuitiva”.

http://www.iop.org/EJ/mmedia/1367-2630/10/12/125005/

(Journal reference: Barry C Sanders, Lloyd C L Hollenberg, Darran Edmundson and Andrew Edmundson, “Visualizing a silicon quantum computer”, New Journal of Physics, 2008; 10 (12): 125005 DOI: 10.1088/1367-2630/10/12/125005)

“Seeing The Quantum World: How A Quantum Computer Would Work”, ScienceDaily, 19 dicembre 2008

L’ossido di grafene può essere usato per produrre immagini di cellule viventi. Ricercatori della Stanford University hanno mostrato come ottenere nanomateriali basati sul grafene fotoluminescenti nelle regioni visibili e infrarosse dello spettro elettromagnetico. Che possono essere anche utilizzati per il trasporto di medicinali aprendo la possibilità simultanea di visualizzare cellule cancerose e sviluppare delle terapie specifiche.

Rispetto ai nanotubi al carbonio, l’ossido di grafite è più economico e più facile da lavorare. Hongjie Dai e colleghi hanno mostrato come il nano-ossido di grafene può essere reso biocompatibile coniugando polimeri di PEG (Glicole PoliEtilenico - PolyEthylene Glycol) ai fogli di grafene. In questo modo si ottiene la fluorescenza “in vivo”.

Il lavoro è stato riportato su Nano Research.

“Graphene oxide images cells and delivers drugs”, nanotechweb, 04 novembre 2008

Un gruppo di scienziati dell'Università della California ha utilizzato il virus del raffreddore per infettare in un topo le cellule tumorali di un cancro alla prostata, scoprendo che le cellule vengono "illuminate" dall'infezione, divenendo visibili anche quando si diffondono nel resto del corpo. Secondo il team guidato dal dottor Lily Wu sarà in futuro più facile per i medici monitorare la diffusione delle metastasi tumorali (la ricerca è stata pubblicata su Nature Medicine).

I ricercatori hanno sfruttato la caratteristica degli adenovirus, i virus del raffreddore, di circolare nel corpo e localizzarsi nei linfonodi, organi che fanno parte del sistema immunitario e il cui scopo è proprio bloccare il diffondersi di virus e batteri. Poiché la prima tappa delle metastasi del carcinoma alla prostata è proprio nei linfonodi, le cellule tumorali vengono facilmente in contatto con i virus, che sono stati geneticamente modificati per produrre, una volta infettata la cellula tumorale, una proteina che può essere visualizzata da una scansione PET, rendendo così visualizzabile anche una metastasi di ridotte dimensioni.

La nuova tecnica aiuterà i medici a testare l’efficacia delle terapie anti-cancro, ma ci vorrà ancora molto tempo. Il prossimo passo sarà la sperimentazione su cavie umane.

“Common cold virus helps scientists locate, image prostate cancer as it spreads”, thaindian 14 luglio 2008

Microscopici magneti personalizzati per essere iniettati nel corpo e aggiungere colore alla Magnetic Resonance Imaging (MRI), potenziandone la sensitività e aumentando la risoluzione delle immagini.

I micro-magneti che stanno sviluppando ricercatori del National Institute of Standards and Technology (NIST) e dei National Institutes of Health (NIH) funzionano come "smart tags" in grado di identificare particolari cellule, tessuti o condizioni fisiologiche per ricerche mediche e diagnostiche.

Come descritto su Nature, il lavoro dei ricercatori ha dimostrato che invece di usare soluzioni chimiche come agenti di contrasto per potenziare le immagini ricavate attraverso le MRI, utilizzando micro-magneti di forma variabile si possono ottimizzare i segnali di radio-frequenza usati per creare le immagini. I segnali vengono poi convertiti in un arcobaleno di colori ottici dal computer. Si possono cioè progettare diversi magneti per far apparire diversi colori e per attaccarsi a differenti tipi di cellula, normali o cancerose, identificabili attraverso tag colorate.

I micromagneti possono essere pensati come microscopiche RFID (RF identification) tags, simili a quelle usate per identificare e tracciare oggetti e merci. Quelli usati negli esperimenti del NIST/NIH sono fatti di nichel, che è tossico ma relativamente facile da lavorare. Inoltre, sono sufficienti basse concentrazioni nel corpo per potenziare le immagini MRI.

Il loro utilizzo consentirà nel campo della diagnostica biotech – dove già si usano marcatori colorati come proteine fluorescenti e quantum dots sintonizzabili - di ottenere immagini ottiche dei tessuti ricche di informazioni.

(G. Zabow, S. Dodd, J. Moreland, A. Koretsky, “Micro-engineered local field control for high-sensitivity multispectral MRI”. Nature. June 19 2008).

“Micromagnets Show Promise As Colorful Smart Tags For Magnetic Resonance Imaging”, ScienceDaily, 24 giugno 2008

Heartworks è un cuore virtuale in 3D che consente agli studenti di medicina di studiare senza versare una goccia di sangue. Creato da specialisti dell'Heart Hospital londinese, rappresenta fedelmente un cuore pulsante che può essere visto da diverse angolazioni in ogni suo dettaglio anatomico.

Durante le lezioni di medicina, può essere usato in combinazione con un manichino per insegnare ai futuri medici l'anatomia del cuore e l'uso corretto degli ultrasuoni per esaminarlo.

Creato da specialisti dello University College Hospital (UCH) di Londra insieme ad esperti di animazione al computer della Glassworks, Heartworks è un vero e proprio cuore pulsante artificiale progettato per essere visto da ogni angolazione con dettaglio fotorealistico. Combinato con la simulazione di un manichino, potrà essere impiegato per l’insegnamento della anatomia cardiaca e per gli esami degli aspiranti dottori.

Il modello sfrutta la tecnologia dei chip grafici NVIDIA che possono fornire una potenza di elaborazione quasi 100 volte superiore a quella dei chip normali e che per questo sono impiegati nei videogiochi più realistici.

Sir Magdi Yacoub, professore di chirurgia cardiaca all’UCH, un pioniere delle tecniche di trapianto di cuore, dice che si tratta del miglior modello che abbia mai visto.

“Medical students use Heartworks virtual heart without splling blood”, Times Online, 18 settembre 2008

(Credit: Wiley-Liss, a subsidiary of John Wiley & Sons)

Usando il gene di un batterio magneticamente sensitivo e modificando geneticamente cellule di topo, un team di scienziati della Emory University è riuscito a produrre nanoparticelle magnetiche in grado di tracciare con precisione le cellule nel corpo.

Si tratta di una specie di batteri che vivono negli stagni che usano il gene per produrre sottili particelle che funzionano come una sorta di punta di compasso biologica. I ricercatori hanno scoperto che inserendo il gene nel DNA di cellule di topo queste producono nanoparticelle magnetiche. Quando poi hanno iniettato le cellule che esprimono il gene nei cervelli dei topi, si sono accorti che possono essere viste chiaramente tramite MRI (Magnetic Resonance Imaging): assomigliano ad un blob scuro circondato da un più pallido tessuto normale.

Per tracciare le cellule in un organismo, gli scienziati usano comunemente marcatori ottici fluorescenti geneticamente ingegnerizzati come la GFP. Per controllare con precisione dove è inserito nel genoma il gene GFP, si possono “taggare” delle particolari proteine o delle particolari cellule e tracciare i patterns dell’espressione genica.

La microscopia fluorescente, però, rispetto all’ MRI, che permette uno sguardo profondo nei tessuti, è limitata alla superficie, il ché rende spesso difficile ottenere immagini da animali vivi. "Si potrebbe usare la produzione geneticamente diretta per avere un contrasto tipo MRI", dice Xiaoping Hu, professore di ingegneria biomedica alla Emory e autore dello studio pubblicato su Magnetic Resonance in Medicine.

“Magnetic Genes”, Technology Review, 18 giugno 2008

All’Experimental and Clinical Research Center (ECRC) del Max Delbrück Center (MDC) for Molecular Medicine di Berlin-Buch, per la prima volta al mondo, è stato utilizzato in ambito cardiovascolare un nuovo equipaggiamento che consente una tomografia a risonanza magnetica con un campo magnetico di 7 tesla.

La macchina costruita dalla Siemens, che costa sette milioni di euro e pesa 35 tonnellate, è in grado di fornire immagini più chiare e dettagliate delle più piccole strutture presenti all’interno del corpo umano e potrà essere utilizzata per rilevare i rischi di malattie, prima che si sviluppino, relative al cuore e al cervello e in genere sarà un prezioso strumento per la ricerca contro il cancro.

“Extremely Detailed Images From Inside The Body Possible With New Technology”, ScienceDaily, 17 settembre 2008

(Image courtesy of Michigan Technological University)

Un team di ricercatori alla Michigan Technological University guidato da Roshan D'Souza, assistente professore di Ingegneria Meccanica, usando le GPUs (Graphic Processing Units), che animano l’immaginario tanto amato dai videogiocatori, il team ha provato a modellare la complessità dei sistemi biologici come ad esempio la risposta del sistema immunitario umano al batterio della tubercolosi.

Lo studente di computer science Mikola Lysenko, che ha scritto il software, ha “materializzato” sul monitor del suo computer uno sciame lucente di cellule immunitarie verdi contenente il germe, giallo, della tubercolosi, come se si trattasse di una animazione tridimensionale. In realtà, la rappresentazione virtuale delle cellule e dei macrofagi è il frutto di milioni di calcoli in tempo-reale.

"Ci hanno chiesto se stavamo usando un supercomputer o se era un film”, dice D'Souza. Il modello usato dal team è di qualche grado di magnitudine superiore allo stato dell’arte attuale relativo ai software di Agent-Based Modelling (ABM).

"Possiamo fare molto meglio”, dice D'Souza, “siamo ancora lontani dalla complessità della vita reale”. Il prossimo esperimento modellerà il modo in cui l’infezione si diffonde dal polmone al al sistema linfatico, al sangue e agli organi vitali.

Il Dr. Denise Kirschner, della University of Michigan di Ann Arbor, ha sviluppato il modello per il team di D'Souza che lo ha trasferito mediante programma in una GPU. L’ABM può fornire un potente nuovo strumento per la ricerca medica; rispetto ad altre tecniche, consente di testare virtualmente la risposta del sistema immunitario a gravi minacce come le infezioni senza dover utilizzare dei pazienti cavia.

Il Dr. Gary An, un chirurgo specializzato in traumi alla Feinberg School of Medicine della Northwestern University, è un pioniere nell’uso dell’ABM per lo studio della sepsi. Pur disponendo di miliardi di agenti, inclusa una larga varietà di cellule e batteri, le infezioni sono risultate troppo complesse per essere modellate su una larga scala, almeno finora. Il team della D'Souza, grazie all’uso delle GPUs, ha potuto far girare modelli con 10 milioni di agenti ad una velocità notevole.

"Con un desktop computer da 1.400 $, possiamo battere una elaborazione a grappolo”, dice la D'Souza, "stiamo in effetti democratizzando il supercomputing mettendo questi potenti strumenti nelle mani di ogni ricercatore. Dobbiamo ringraziare i milioni di videogiocatori che lo hanno reso, inavvertitamente, possibile".

“La tecnologia potrà essere utilizzata anche per simulare il comportamento degli ecosistemi”, dice Ryan Richards, esperto di computer science, "ad esempio per simulare una epidemia negli Stati Uniti in Messico e in Canada".

“From Xbox To T-cells: Borrowing Video Game Technology To Model Human Biology”, ScienceDaily, 18 settembre 2008

Per la prima volta, un gruppo di chimici è riuscito ha visualizzare lo spettacolare “protein folding” (ripiegamento proteico) - il processo attraverso il quale le proteine ottengono la loro struttura tridimensionale - in acqua grazie ad una nuova tecnica spettroscopica chiamata “KITA” (Kinetic Terahertz Absorption), che è stata applicata con una risoluzione di una immagine per millisecondo e combinata con altri metodi biofisici come la X-ray diffraction (SAXS), la fluorescenza e la CD (Circular Dichroism) spectroscopy.

I ricercatori della Ruhr-University di Bochum (RUB) e della University of Illinois hanno osservato che il ripiegamento procede in due fasi. Nella prima fase, molto rapida, la proteina è collassata in meno di un millisecondo, mentre, allo stesso tempo, ha avuto luogo un riarrangiamento del network proteico. Nella seconda fase, più lenta, dopo circa un secondo, la proteina si è ripiegata nel suo stato naturale.

Finora, la spettroscopia Terahertz era ristretta a osservazioni fisse dell’inizio e della fine del processo di ripiegamento. “Ora finalmente possiamo vedere l’intero processo, non solo la scena di apertura e quella finale “, dice il prof. Havenith-Newen.

Anche piccole concentrazioni di proteine, fanno da collante tra le singole molecole di acqua tenendole in linea l’una con l’altra, alterando la dinamica dell’intero network. Grazie alla spettroscopia KITA, i ricercatori hanno potuto osservare la differente influenza esercitata da proteine ripiegate e non. L’emissione di brevi pulsazioni nell’ordine dei terahertz ha consentito di osservare il processo con una risoluzione nell’ordine dei millisecondi. In meno di 10 millisecondi, il movimento dell’intero network di molecole d’acqua è stato alterato mentre la proteina si ristrutturava.

(Journal reference: Seung Joong Kim, Benjamin Born, Martina Havenith, and Martin Gruebele, “Real-time detection of protein-water dynamics upon protein folding by Terahertz absorption”, Angewandte Chemie, Volume 47 Issue 34, Pages 6486 - 6489 Published Online: 28 Jul 2008 DOI: 10.1002/anie.200802281)

“Protein Folding: One Picture Per Millisecond Illuminates The Process”, ScienceDaily, 06 agosto 2008

Ricercatori dell’European Molecular Biology Laboratory (EMBL) di Heidelberg, in Germania, e dell’EMBL-European Bioinformatics Institute (EMBL-EBI) di Hinxton in Inghilterra, hanno realizzato la più precisa mappa della ricombinazione genetica, gettando nuova luce sul rimescolamento (shuffling) genetico e le sue implicazioni per lo studio delle malattie genetiche ereditarie.


Per generare le cellule germinali, gli organismi che si riproducono sessualmente attivano una complessa serie di divisioni cellulari (meiosi) che include lo shuffling del materiale genetico ereditato dai due genitori. I cromosomi equivalenti della madre e del padre si accoppiano e si scambiano sezioni di DNA nel processo chiamato “crossover”. In un diverso tipo di ricombinazione, chiamata “non-crossover”, un piccolo frammento di DNA è copiato da un cromosoma all’altro senza scambio reciproco producendo così una conversione genetica. Gli eventi non-crossover sono molto brevi con sottili effetti rispetto allo scambio di frammenti più grandi, ma entrambe le ricombinazioni possono incrementare la diversità genetica e spiegano perché gli organismi della stessa specie differiscono in molto modi. Inoltre, possono anche agire per separare la trasmissione di geni limitrofi che normalmente sono ereditati insieme.


I gruppi di Lars Steinmetz all’EMBL e Wolfgang Huber all’EMBL-EBI hanno prodotto la mappa più dettagliata mai realizzata degli eventi ricombinatori del genoma del lievito. “La nostra mappa offre la più alta risoluzione degli eventi ricombinatori che avvengono in ogni organismo. Possiamo localizzare sia i crossover che i non-crossover con una precisione di circa 80 basi, una risoluzione 20 volte maggiore di ogni mappa del lievito esistente, più alta di 360 volte della più recente mappa del genoma umano”, dice Steinmetz.


La mappa ha rivelato una media di più di 150 eventi ricombinatori osservati durante una meiosi tipica, eventi che non avvengono uniformemente ma variano secondo la locazione, e si concentrano nei cosiddetti ”hotspots”. I ricercatori hanno inoltre scoperto l’evidenza di interferenze tra crossovers e non-crossovers, un fenomeno che si riteneva accadesse solo tra crossovers – che rende improbabile che due eventi ricombinatori avvengano a distanza ravvicinata.


I principi fondamentali della ricombinazione sembrano essere condivisi dal lievito e dagli umani. “La nostra mappa espande la comprensione dei crossover e fornisce nuove informazioni sui non-crossover e la conversione genetica. Sarà un punto di riferimento per le ricerche future sulla ricombinazione”, dice Richard Bourgon del gruppo di Huber che ha sviluppato la metodologia statistica per questo nuovo tipo di dati.


E. Mancera, R. Bourgon, A. Brozzi, W. Huber & L.M. Steinmetz, “High-resolution mapping of meiotic crossovers and noncrossovers in yeast”, Nature, 9 July 2008

Superstruct: The Final Threat

YouTube - Video: Molecules Moving in Living Cells


Folding - Wikipedia

“Zooming in on genetic shuffling”, ScienceDaily (July 13, 2008)

ATR Computational Neuroscience Laboratories

YetiSports JungleSwing

HeartWorks

Max Delbrück Center for Molecular Medicine

Glicole Polietilenico - Wikipedia

Principio di indeterminazione di Heisenberg - Wikipedia

Paradosso del gatto di Schrödinger - Wikipedia

Agent-based model - Wikipedia

La guerra dei mondi

LA GUERRA DEI MONDI 2

La guerra dei mondi 3

La guerra dei mondi 4

La guerra dei mondi 5

LA GUERRA DEI MONDI 6

Immaginare il pensiero

IMMAGINARE IL PENSIERO 2

HALLUCINATION PROGRAM

ALLUCINAZIONE PERVERSA

INTELLIGENZA COLLETTIVA 5

NEUROMARKETING E NEUROETICA

NEUROGENESI

NEUROUFOLOGIA

NEUROTEOLOGIA

GUERRA E CINEMA

QUANTUM ENTANGLEMENT SCIENCE AND TECHNOLOGY

LA GUERRA DEI MONDI 7

LA MOSTRA DELLE ATROCITA’

LA GUERRA DEI MONDI 8

Posta un commento
Share/Save/Bookmark
Related Posts Plugin for WordPress, Blogger...

Ratings by outbrain

PostRank