Pong: neuroni addestrati con DishBrain giocano meglio

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17 Ottobre 2022

Un esperimento di intelligenza biologica sintetica, che usa la tecnologia del silicio, ha istruito ottocentomila neuroni (di topo e di uomo) a giocare a Pong. In realtà il test servirà a scopi più importanti

Pong: dei neuroni “istruiti” possono giocare meglio

Il Pong è uno dei primi videogiochi commercializzati. Prodotto dalla Atari nel 1972, ha appassionato intere generazioni e ancora adesso entusiasma molti giocatori.

Per vincere una partita occorre essere veloci e concentrati, bisogna usare “la testa” e l’intuito.

Almeno fino a qualche tempo fa.

Un nuovo esperimento di intelligenza biologica sintetica, ha mostrato che i neuroni di uomo e di topo coltivati in provetta, possono regolare la loro attività per svolgere un compito specifico.

Se si forniscono loro adeguati feedback, possono addirittura migliorare le loro prestazioni.

Perché proprio il Pong? «Abbiamo scelto Pong per la sua semplicità e familiarità. Inoltre, si tratta di uno dei primi giochi utilizzati nell’apprendimento automatico, quindi volevamo riconoscergli questo merito». Ad affermarlo, uno degli autori dello studio, il neuroscienziato Brett Kagan, della startup biotecnologica Cortical Labs di Melbourne in Australia.

I risultati sono stati pubblicati sulla rivista scientifica Neuron.

Dishbrain: mix di neuroni animali e umani che giocano a Pong

DishBrain è un mix di neuroni estratti da topi embrionali e neuroni umani cresciuti da cellule staminali.

Queste cellule sono coltivate su array di microelettrodi (MEA), dispositivi contenenti (da decine a migliaia) di microelettrodi, che si attivano per stimolare i neuroni a fornire input sensoriali.

Veniamo al test. Un nuovo modo di giocare a Pong

Per giocare a Pong, sono stati disposti dei microelettrodi su entrambi i lati dello schermo. Essi indicavano se la palla era a sinistra o a destra, mentre la frequenza dei segnali trasmetteva la distanza della palla.

Con questi input di base, DishBrain, era in grado di spostare la racchetta in direzione della palla, ma tutto sommato, non giocava in maniera soddisfacente.

Per migliorare le sue prestazioni, i neuroni avevano bisogno di un feedback.

Il team di ricerca ha pertanto sviluppato un software che, grazie a degli elettrodi, forniva dei feedback ogni volta che DishBrain perdeva la palla.

Dopo cinque minuti, i risultati erano decisamente migliorati.

DishBrain si ispira al “Principio dell’energia libera” di Friston

Nel 2005, Karl Friston, direttore scientifico del Functional Imaging Laborator (FIL), dell’University College di Londra ha elaborato il “Principio dell’energia libera”.

Si tratta di una teoria unificante su come funziona la mente umana, che risponde, in maniera ambiziosa, a una domanda: “Se sei vivo, quali comportamenti ci possiamo aspettare da te?”.

Essa propone a tutti i sistemi biologici di comportarsi in modo da ridurre il divario tra ciò che ci si aspetta e ciò che viene vissuto – in altre parole, per rendere il mondo più prevedibile.

DishBrain agisce in base al Principio all’energia libera: grazie ai feedback ricevuti, adegua le sue azioni per rendere il mondo più prevedibile.

«Quando i neuroni hanno risposto in un modo che corrispondeva al colpire la palla, sono stati stimolati in un luogo e ad una frequenza che era la stessa ogni volta. Se hanno mancato la palla, la rete è stata stimolata dagli elettrodi in posizioni casuali e a frequenze diverse. Nel corso del tempo, i neuroni hanno imparato a colpire la palla per ricevere la risposta modellata piuttosto che quella casuale» – prosegue l’autore dello studio.

Differenza fra cervello umano e artificiale durante il gioco

Il cervello umano, contiene circa 80-100 miliardi di neuroni. E’ molto più potente di qualsiasi computer ed è difficile batterlo al gioco. Attualmente, per replicare solo un secondo dell’attività dell’uno per cento del cervello umano, ci vogliono 82.944 processori, un petabyte di memoria principale. Operazione che richiede quaranta minuti.

DishBrain, grazie al sistema biologico sintetico sviluppato da Kagan e colleghi – potrebbe ottenere risultati migliori. «Abbiamo dimostrato che possiamo interagire con i neuroni biologici viventi in modo tale da costringerli a modificare la loro attività, portando a qualcosa che assomiglia all’intelligenza» – spiega Kagan.

Potenzialità e applicazioni del singolare esperimento

Ovviamente l’esperimento non è finalizzato a ottimizzare le prestazioni al Pong.

Le sue potenziali applicazioni possono servire a sviluppare “unità di elaborazione biologica” da utilizzare sia nell’informatica, sia nel campo dell’intelligenza artificiale.

Può anche rivelarsi efficace per studiare le attività cerebrali, aiutare i chimici a capire gli effetti di vari farmaci sul cervello, a livello cellulare, o come si sviluppa l’intelligenza.

«Potrebbe anche aiutare ad adattare i farmaci alla biologia specifica di un paziente, utilizzando neuroni coltivati da cellule staminali prelevate dalla pelle del paziente»- afferma il neuroscienziato Takuya Isomura del RIKEN Center for Brain Science di Saitama, in Giappone.

«Anche se – aggiunge- , non è ancora chiaro se i neuroni si comportano come hanno fatto per creare un ambiente prevedibile, o in risposta a qualche altro aspetto dei segnali che hanno ricevuto».

Sicuramente, le tecniche sviluppate da DishBrain sono tali, da potersi utilizzare per confrontare le variazioni nell’apprendimento tra diversi animali, o tra cellule di più regioni del cervello.

Prossimo step: effetti di droghe e alcool sul gioco

Gli scienziati si stanno già preparando al secondo step del test: scoprire se droghe e alcool inficiano la qualità del gioco. Cosa combineranno mai dei neuroni ubriachi e sotto effetto di stupefacenti?

Fonti

Doi: https://doi.org/10.1038/d41586-022-03229-y

I neuroni in vitro imparano e mostrano sensibilità quando sono incarnati in un mondo di gioco simulato

Https://doi.org/10.1016/j.neuron.2022.09.001

Kagan, B. J. et al. Neuron https://doi.org/10.1016/j.neuron.2022.09.001 (2022).

Croney, C. Il C. & Boysen, S. T. Anteriore. Psicologico. 12, 631755 (2021). PubMed

Fauna selvatica, in 50 anni andato perso il 69%

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Silvia Colasanti

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14 Ottobre 2022

In 50 anni è andato perso il 69% della fauna selvatica. È il dato del Living planet report (Lpr) 2022 del Wwf che spiega come sono ridotti notevolmente gli esemplari di mammiferi, uccelli, anfibi, rettili e pesci.

Fauna selvatica, preoccupano America Latina e Caraibi

Preoccupanti i numeri riferiti all’America Latina e ai Caraibi: qui la perdita di fauna selvatica ha raggiunto il 94%.

L’Lpr monitora quasi 32.000 popolazioni di 5.230 specie di vertebrati. Dopo aver raccolto questi dati il Wwf ha lanciato un appello per la COP15 di dicembre. “Ci aspettiamo un ambizioso accordo”.

Fauna selvatica, cos’è la Cop15

La convenzione delle Nazioni Unite è un accordo tra i Paesi del mondo per proteggere la natura e l’ambiente che ci circonda. È stata firmata per la prima volta al Summit della Terra a Rio de Janeiro nel 1992. Il trattato internazionale indica come difendere la biodiversità e ha l’obiettivo dell’equa condivisione dei benefici delle risorse naturali.

Negli ultimi anni, nonostante proclami ed intenti poco è cambiato e per questo la Cop15 è ancora più importante.

Cambiamento climatico e perdita di biodiversità

“Una doppia emergenza, il cambiamento climatico e la perdita di biodiversità – ha spiegato il direttore generale del Wwf Internazionale, Marco Lambertini – minaccia il benessere delle generazioni attuali e future”.

“Il Wwf è estremamente preoccupato da questi nuovi dati – ha continuato – che mostrano un calo devastante delle popolazioni di fauna selvatica, in particolare nelle regioni tropicali che ospitano alcune delle aree più ricche di biodiversità al mondo”.

Nel Living planet report si trovano le specie più a rischio, il cui numero è diminuito negli anni in modo preoccupante. Tra questi i delfini rosa di fiume dell’Amazzonia: ce ne sono il 65% in meno e il calo si è verificato in 20 anni, tra il 1994 e il 2016 nella Riserva brasiliana di Mamirauá. I gorilla di pianura orientale, con un crollo dell’80% nel Parco nazionale di Kahuzi-Biega, in Congo, tra il 1994 e il 2019. In pericolo anche i cuccioli di leone marino dell’Australia meridionale e occidentale, il cui numero è calato di due terzi tra il 1977 e il 2019.

Necessario dimezzare l’impronta globale di produzione

“Senza un cambiamento strutturale nelle nostre politiche, economie, abitudini – ha commentato il presidente del Wwf Italia, Luciano Di Tizio – quasi nessuno degli Obiettivi di sviluppo sostenibile dell’Onu potrà essere raggiunto. Per invertire la perdita di natura e garantire un futuro più sicuro e sano per tutti è indispensabile dimezzare l’impronta globale di produzione e consumo entro il 2030″.

Vista, per la giornata mondiale visite gratuite per la prevenzione

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Stefania Belmonte

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13 Ottobre 2022

Oggi 13 ottobre è la Giornata mondiale della vista e nelle piazze di tutta Italia si stanno svolgendo visite gratuite e distribuzione di materiale informativo. L’organizzazione dell’evento è curata dall’Agenzia Internazionale per la Prevenzione della Cecità IAPB Italia onlus. L’occhio è una parte importantissima del nostro organismo e non deve essere trascurata. Il suo peso è infatti appena lo 0,27% dell’intero corpo, ma è anche l’organo che riceve oltre l’80% delle informazioni esterne.

Come difendere la vista? Le malattie che la minacciano sono molte ed interessano moltissime persone in Italia. La prevenzione è fondamentale per conservare la vista evitando le peggiori conseguenze. Ecco perché è importante effettuare visite regolari: per individuare in tempo eventuali problematiche, in genere possono essere gestite.

Si legge in una nota del Ministero della Salute: “Nel nostro Paese, le malattie che mettono a rischio la vista riguardano oltre tre milioni di persone e ancora di più sono i soggetti a rischio. Perché l’incidenza di glaucoma, retinopatia diabetica e maculopatia aumenta assieme all’età e alle malattie croniche“.

Vista, quando effettuare i controlli?

Le condizioni che minacciano la vista “possono provocare enormi costi sociali e personali, sono asintomatiche negli stadi iniziali – ovvero danneggiano le cellule nervose in maniera silenziosa. Tuttavia possono essere curate o arginate se diagnosticate in tempo dai medici oftalmologi attraverso controlli periodici. La Società Oftalmologica Italiana consiglia una visita alla nascita, entro i 3 anni. A 12 anni, una volta ogni due anni dopo i 40 e una volta l’anno per le persone oltre i 60“. A spiegarlo è ancora il Ministero della Salute.

Quindi è opportuno fare controlli periodici anche quando si sta bene o si pensa di stare bene. “Circa il 40% delle persone visitate erano a rischio o avevano già problemi agli occhi, senza saperlo” – spiegano dalla Iapb.

La visita oculistica, poi, diventa urgente quando si verificano certe condizioni. Ad esempio, quando la vista si abbassa molto o se ne va in maniera improvvisa; se ci si ferisce con un corpo estraneo o se si subisce un trauma oculare; se si vedono dei lampi di luce persistenti o se appare una macchia scura fissa nel campo visivo; se linee certamente dritte appaiono deformate; in caso di forte dolore all’occhio con rossore.

Metà dei Paesi non è pronta ad affrontare disastri naturali

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Redazione

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13 Ottobre 2022

I disastri naturali aumenteranno. L’Organizzazione delle Nazioni Unite è partita da questo presupposto per porre l’attenzione sul fatto che metà dei Paesi del mondo sono impreparati contro gli eventi estremi causati dal cambiamento climatico. Per questo, hanno spiegato, è necessario prevedere sistemi di allerta precoci.

Disastri naturali, saranno sempre più frequenti

“Si verificheranno eventi meteorologici estremi – ha detto il segretario generale dell’Onu António Guterres – ma non c’è bisogno che diventino disastri mortali”. Il rapporto “Global status of multi-hazard early warning systems – Target G”, elaborato da due uffici delle Nazioni Unite e diffuso nella Giornata internazionale per la riduzione del rischio di disastro, però ci mette in guardia.

Senza allerta mortalità 8 volte più alta

“I paesi con una copertura di allerta precoce limitata – si legge nel testo – hanno una mortalità per catastrofi otto volte superiore rispetto ai paesi con una copertura da sostanziale a completa”. Inoltre le popolazioni che hanno inciso meno sulla crisi climatica, pagheranno comunque il prezzo più alto.

Guterres ha quindi chiesto all’Organizzazione mondiale della meteorologia (Wmo), di portare avanti “una nuova azione per garantire che ogni persona sulla Terra sia protetta da sistemi di allerta precoce nei prossimi cinque anni”.

La Wmo e l’Ufficio delle Nazioni Unite per la riduzione del rischio di catastrofi (Undrr) hanno sottolineato come “meno della metà dei paesi meno sviluppati e solo un terzo dei piccoli Stati insulari in via di sviluppo dispongono di un sistema di allerta precoce multi-rischio”.

Disastri naturali, i sistemi di allerta precoce

Si tratta di un mezzo “collaudato per ridurre i danni alle persone e alle risorse prima che si verifichino pericoli imminenti, tra cui tempeste, tsunami, siccità e ondate di caldo“. È necessario quindi investire in questi sistemi per “mettere in guardia non solo dall’impatto iniziale dei disastri, ma anche dagli effetti” successivi che possono essere, ad esempio, la liquefazione del suolo dopo un terremoto o una frana e focolai di malattie dopo forti piogge.

L’esempio più vicino nel tempo è quello dell’alluvione in Pakistan. Il peggior disastro climatico mai registrato fino ad oggi, con quasi 1700 vittime. Eppure, ha spiegato il direttore dell’Undrr, Mami Mizutori, i morti sarebbero stati molti di più senza i sistemi di allerta precoce attivati nell’occasione.

“La transizione ecologica deve essere anche etica e sociale – ripete il presidente dell’Osservatorio nazionale amianto, l’avvocato Ezio Bonanni – e deve essere raggiunta attraverso la collaborazione internazionale. I paesi più poveri non devono pagare più degli altri i danni causati dal cambiamento climatico, in ancora maggiore povertà e vittime umane. Tutti dobbiamo impegnarci per diminuire il divario e per una tutela dell’ambiente che possa fermare la crisi climatica”.

Far-UVC: una luce uccide i patogeni infettivi come il Covid?

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Simona Mazza

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13 Ottobre 2022

Alcune lunghezze d’onda della luce, in un intervallo chiamato Far-UVC, uccidono i microbi e sono innocue per le persone. Potrebbero difenderci dai patogeni infettivi, incluso il coronavirus?

Far-UVC: una lampada che disattiva i patogeni aerei

Far-UVC sta per Krypton Chloride (KrCl). Nuovi dispositivi utilizzano una lampada con i sui raggi ultravioletti, per ridurre la trasmissione di malattie trasmesse dall’aria, come lo staphylococcus aureus aerosolizzato, il SARS-CoV-2 e l’influenza.

In aggiunta, non inducono reazioni acute nella pelle o negli occhi, né effetti ritardati come il cancro della pelle.

La tecnologia potrebbe risolvere i drammi sanitari che ci affliggono dal 2019?

Dettagli dell’esperimento con la lampada Far-UVC

Alcuni scienziati hanno sigillato una stanza vuota e per due ore hanno pompato con aerosol lo Staphylococcus aureus, un batterio che può causare una serie di infezioni a volte mortali.

Poi, hanno attivato alcune lampade Far-UVC, fissate al soffitto. I loro raggi, invisibili all’occhio umano, hanno bombardato la nuvola di germi, con una lunghezza d’onda di 222 nanometri.

I ricercatori hanno poi prelevato dei campioni d’aria dalla stanza ogni cinque minuti.

Hanno contato quanti batteri vivi erano presenti nei campioni recuperati prima e dopo il test.

Con grande stupore, si sono accorti che l’esperimento era riuscito nell’intento. In pochi minuti, il 98% dei patogeni era stato eliminato. «Siamo stati piuttosto sbalorditi dalla riduzione dell’agente patogeno», afferma Ewan Eadie, fisico medico dell’ NHS Tayside di Dundee, in Scozia.

Il team di Eadie ha testato vari livelli di esposizione a Far-UVC, nel rispetto delle linee guida stabilite dalla Conferenza americana degli igienisti industriali governativi (ACGIH).

Lo studio è stato pubblicato su Scientific Reports.

Patogeni, disinfettare gli ambienti con la luce può servire?

Secondo gli studiosi, se disinfettassimo gli spazi interni con la luce Far-UVC (impostata da 207 a 222 nm) e un buon sistema di filtrazione HEPA, potremmo dire addio a molte malattie infettive aeree, tra cui il SARS-CoV-2, il virus che causa il Covid-19.

«Siamo un po’ come i farmacisti della luce», esordisce Eadie. Poi spiega che la nuova tecnologia di decontaminazione, potrebbe essere utilizzata per trattare determinate malattie, come la psoriasi della pelle. In che modo? «La chiave – dice lo scienziato – è impostare la giusta lunghezza d’onda ed esposizione».

Cosa succede alla luce quando si propaga nell’aria

La luce si propaga nell’aria attraverso delle onde, la cui lunghezza determina i colori che vediamo, in uno spettro che va dal rosso (circa 650 nm) al viola (circa 400 nm).

Quando le onde sono molto corte, la luce diventa invisibile ed è conosciuta come ultravioletta (UV).

I diversi tipi di UV, variano a seconda della loro lunghezza d’onda, tra 10 nm e 400 nm:

UVA e UVB, presenti alla luce del sole, sono la principale causa dell’invecchiamento della pelle e delle scottature solari;
UVC a lunghezza d’onda più breve (100-280 nm). E’ ancora più nocivo, ma essendo assorbito dallo strato di ozono, difficilmente possiamo venirne a contatto;
Far-UVC – generalmente compreso tra 200 e 230 nm – è considerato una forma meno pericolosa di UVC.

Come funzionano i dispositivi UV e Far-UVC

La luce UV intorno a 260 nm si usa abitualmente per la disinfezione e per la sua attività germicida, all’interno delle sale operatorie.

Nel 2020, Transport for London, che gestisce la metropolitana di Londra, ha installato dispositivi UV per pulire i corrimano delle scale mobili.

Le lampade UV si impiegano inoltre per uccidere gli agenti patogeni nelle acque reflue e per disinfettare le attrezzature di laboratorio.

I dispositivi a luce Far-UVC, sanificano l’aria senza utilizzare prodotti chimici, grazie a un fascio di luce compreso tra 200 e 230 nm (una forma meno pericolosa di UVC).

Patogeni, la luce utilizzata fin dal passato

Negli anni ’30 e ’40, William F. Wells, un ricercatore dell’Università di Harvard, pubblicò diversi studi su benefici dei raggi di luce UVC a 254nm.

Grazie alla sua scoperta, le aule scolastiche iniziarono ad usare le lampade per pulire l’aria. Cosa che ridusse drasticamente la diffusione del morbillo.

La luce raggiungeva solo l’aria che galleggiava nella parte superiore delle stanze. In certi casi, si poteva pompare all’interno di prese d’aria o condotti.

Non poteva tuttavia essere rivolta verso gli occupanti delle stanze, perché, sebbene inattivasse gli agenti patogeni, causava danni alla pelle e agli occhi.

Patogeni, prossime tappe della ricerca su Far-UVC

Lo studio clinico, attualmente in corso in Canada, utilizzerà le lampade nelle strutture di assistenza a lungo termine per gli anziani.

I ricercatori installeranno le luci nelle aree comuni, come corridoi e sale da pranzo.

In altri ambienti, posizioneranno invece delle luci placebo. L’obiettivo è scoprire se i degenti sperimentano o meno una riduzione del Covid-19, dell’influenza e di varie malattie respiratorie.

Bisogna approfondire gli studi sul Far-UVC

Secondo Eadie, nonostante i risultati promettenti «abbiamo bisogno di più studi che dimostrino l’efficacia delle lampade, prima di iniziare a utilizzare dispositivi far-UVC per il controllo delle infezioni».

Gli sforzi del ricercatore e del suo team, si concentreranno sull’impatto del Far-UVC sulla trasmissione delle malattie.

Fonti

Knowable Magazine10.1146/conoscibile-092822-1

Scientific Reports

Pulses PRO

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Come funzionano i dispositivi UV e Far-UVC

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Patogeni, prossime tappe della ricerca su Far-UVC

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