E la scimmia paralizzata tornò a camminare?

Il punto di domanda, in certi frangenti è doveroso. Nonostante i risultati di laboratorio sembrerebbero ben più che incoraggianti riteniamo che una oggettiva osservazione è necessaria per non scivolare in un sensazionalismo del quale non si ha proprio alcun bisogno, visto il tema particolarmente suscettibile di reazioni emotive.

Il dottor Grégoire Courtine, un neuroscienziato che lavora presso lo Swiss Federal Institute of Technology (EPFL) e a capo del team composto da Marco Capogrosso, Tomislav Milekovic, David Borton, Fabien Wagner, Eduardo Martin Moraud, Jean-Baptiste Mignardot, Nicolas Buse, Jerome Gandar, Quentin Barraud, David Xing, Elodie Rey, Simone Duis, Yang Jianzhong, Wai Kin D. Ko, Qin Li, Peter Detemple, Tim Denison, Silvestro Micera, Erwan Bezard, Jocelyne Bloch ha impiantato con successo un dispositivo wireless che ha permesso ad un macaco Rhesus di riacquistare la funzionalità di un arto inferiore dopo sei giorni dall’intervento.

Sembra fantascienza, ne siamo consapevoli, per questo cerchiamo di analizzare lucidamente i fatti con le informazioni a disposizione.

Il macaco in questione aveva una lesione al midollo spinale che aveva precluso qualsiasi comunicazione tra la corteccia cerebrale (i “circuiti” nel cervello che orchestrano e coordinano armonicamente i movimenti degli arti) e i nervi che invece stimolano direttamente i muscoli. Il midollo spinale è quella porzione di sistema nervoso centrale contenuto e protetto dalla colonna vertebrale.

Ricostruire i fasci nervosi è estremamente difficoltoso, al limite dell’impossibile in quanto queste cellule sembrano essere refrattarie anche ai trattamenti con cellule staminali.

La soluzione del dottor Courtine è stata quella di applicare un ponte wireless tra le sezioni danneggiate del midollo spinale in modo da ripristinare la comunicazione. La difficoltà principale è stata quella di tradurre gli impulsi nervosi in segnali digitali e quindi di tradurre ancora i segnali digitali in segnali nervosi.

neural_implant_rhesusOgni volta che decidiamo di muoverci, infatti, il cervello crea una complessa serie di segnali che va a stimolare in maniera armonica i distretti muscolari che intendiamo usare in una interazione di contrazioni e rilassamenti veramente intricata.

Il processo di riabilitazione è passato attraverso l’impianto di una serie di 96 microsensori nell’area motoria intracorticale del cervello del macaco predisposta al movimento della gamba. Questi sensori sono collegati al sistema di stimolazione del midollo spinale (che non si trova nella corteccia cerebrale) composto da un impianto epidurale e un generatore di impulsi con funzionalità di attivazione in tempo reale.

Questo sistema era stato precedentemente validato su un altro macaco senza alcuna lesione per testarne l’efficacia e controllare la coerenza dei segnali inviati. Una volta che sono stati ottenuti dei risultati coerenti tra la trasmissione dei segnali biologici e quelli digitali, è stato effettuato l’impianto sul macaco con la lesione spinale.

Al momento il sistema è ancora controllato esternamente con un computer online. Indipendentemente da questo, dopo sei giorni e senza alcun tipo di terapia riabilitativa, il macaco Rhesus ha riaquistato la funzionalità dell’arto inferiore.

Il dispositivo che invia i segnali al computer di controllo è grande all’incirca come una scatola di fiammiferi e al momento è indispensabile per rilevare eventuali movimenti anomali e ricalibrare quindi i sistemi di stimolazione del midollo spinale, oltre che per tenere costantemente sotto controllo il flusso di dati e quindi per migliorare costantemente il funzionamento di questa interfaccia cervello-macchina (BMI, brian-machine interface).

Tomislav Milekovic, un ricercatore del EPFL ha affermato, in una intervista alla webzine Motherboard, che i primi impianti su esseri umani potrebbero essere realizzabili entro il 2020.

É difficile non lasciarsi andare a facili entusiasmi di fronte a notizie come queste ma proprio di fronte al fascino emotivo di simili cose crediamo che sia imperativo rimanere quanto più possibile lucidi. La paraplegia è una condizione che crea infelicità e disagi sotto tutti punti di vista. Non c’è davvero bisogno né di altri venditori di fumo e men che meno di abbracciare acriticamente qualsiasi “facile” soluzione pseudomiracolosa o pseudoscientifica ci venga sbandierata.

La notizia sembra attendibile e le fonti sono autorevoli e facilmente rintracciabili (a differenza degli imbonitori e dei saltimanchi del web che citano fonti costantemente irreperibili) di ma rimaniamo in cauta e razionale attensa di conferme. O di smentite.

#macacorhesus #neuroimpianti #paraplegia #noidiminerva

Conferenza confermata!

Confermata la conferenza “I frattali in natura: quando le cose si fanno complesse“!

L’appuntamento è:
MARTEDÌ 17 GENNAIO 2017 alle ore 19,00 presso la libreria “Baravaj”, in via Cesare Cesariano 7, Milano.
Il programma è consultabile sulla pagina dedicata. L’ingresso è gratuito. La consumazione è consigliata (si mangia davvero bene… Lo so bene!)

Veloci riflessioni sulla chimica 

In seguito al primo convegno sulla chimica tenuto dal CICAP Toscana, alcune riflessioni si impongono:

  • ai fini della salubrità di una sostanza, la sua origine non conta. Conta solo la sua struttura molecolare
  • Nel 1987 il chimico americano George S. Hammond pubblicò un articolo nel quale parlava di tre volti della chimica (“Three faces of chemistry”, pp.140-143, Marzo 1987):
    – il primo è quello della chimica intesa come scienza pura, finalizzata alla comprensione e alla conoscenza delle leggi che regolano le trasformazioni della materia
    – il secondo è quello della chimica applicata che fornisce all’uomo straordinari strumenti per soddisfare le proprie necessità di cibo, abiti, manufatti, farmaci ed altre mille risorse necessarie al miglioramento della propria esistenza
    – il terzo è quello della chimica cattiva che produce veleni e residui tossici, che inquina e ammala e che produce armi terribili di distruzione di massa

Il terzo volto, seppur reale, non dipende dalla chimica in se ma dall’uso che se ne fa.

Citando Primo Levi: “É bene e fondamentale che i numerosi e gravi problemi di carattere tecnico, davanti a cui ci troviamo, vengano sottratti all’ambito degli emotivi e degli interessati e siano esposti con competenza e sincerità. […] I nodi ci sono e non si risolvono gridando viva o abbasso, non con i cortei o con le processioni bensì con la concretezza e la fiducia nella ragione umana poichè altri strumenti atti allo scopo non ci sono”

Risolto il paradosso delle traiettorie surreali subatomiche

La meccanica quantistica è terribilmente intricata e terribilmente controintuitiva. Su questo crediamo che nessuno abbia mai avuto dubbi a riguardo, tranne forse i tristemente noti spacciatori di finte cure e rimedi definiti in maniera del tutto arbitraria e inopportuna “quantistici”.

La buona notizia è che a piccoli passi, chi invece sta seriamente lavorando in questo campo della conoscenza, sta facendo un po’ più di chiarezza anche su questioni che hanno storicamente dato del filo da torcere a tutti quelli che si sono dedicati alla materia in questione.

maxresdefaultUn esperimento effettuato da Aephraim Steinberg dell’Università di Toronto, in Canada, e colleghi canadesi e australiani (Dylan H. Mahler, Lee Rozema, Kent Fisher, Lydia Vermeyden, Kevin J. Resch, Howard M. Wiseman) che firmano un articolo su “Science Advances” hanno dimostrato che le traiettorie surreali delle particelle subatomiche sono spiegate coinvolgendo un fenomeno unico della meccanica quantistica che è l’entanglement.

Ma cosa sono le traiettorie surreali? E cosa è l’entaglement? E perchè tutto questo è importante?

Facciamo qualche passo indietro e scopriamo un pezzo per volta di cosa si tratta, è un viaggio affascinante nel mondo dei quanti e ci asterremo dalle dimostrazioni matematiche per evitare clamorosi sbadigli, fidatevi sulla parola!

Uno degli argomenti più affascinanti della meccanica quantistica è il principio di indeterminazione enunciato nel 1927 da Werner Karl Heisenberg. Secondo questo principio non è possibile conoscere contemporaneamente la posizione e la velocità di una particella subatomica in quanto la precisione della misurazione di una va a discapito dell’altra e viceversa.

Per giunta, come se questo non bastasse, quando si effettua una misurazione occorre tenere conto dell’interazione fisica con gli strumenti: questo significa che non si può prescindere dalla presenza dell’osservatore (dove per osservatore si intende non necessariamente un essere umano ma anche un raggio che sta scansionando un oggetto subatomico) che è parte integrante del sistema e che inevitabilmente altera il risultato dell’osservazione.

Infine, la descrizione della dinamica di una particella è probabilistica: questo significa che, dato un fotone che si sposti da un punto A ad un punto B, bisogna calcolare (tramite il metodo di calcolo chiamato “integrale di Feynman”) tutte le possibili traiettorie che il fotone può compiere. È come se la particella aprisse una nuvola contenente tutti i percorsi possibili nel punto A e poi convergesse sul punto B.

La versione più classica della meccanica quantistica, chiamata interpretazione di Copenhagen (ispirata ai lavori svolti nella capitale danese da Niels Bohr e da Werner Heisenberg attorno al 1927 e che usa come esempio classico l’esperimento della doppia fenditura), afferma che se si spara un fotone verso un bersaglio, non esiste alcuna traiettoria “reale” tra la sorgente di luce e il bersaglio. Solo la misurazione dice dove si trova, facendo “collassare” lo stato della particella in un punto.

Esiste un’altra interpretazione della meccanica quantistica, quella di Bohm, detta talvolta meccanica bohmiana o da alcuni anche interpretazione di de Broglie-Bohm, è un’interpretazione della meccanica quantistica postulata da David Bohm nel 1952 che riprende l’idea dell’ onda pilota elaborata da Louis de Broglie nel 1927: questa idea fu introdotta per ripristinare una sorta di determinismo della realtà che fosse in grado di risolvere molti dei problemi aperti della meccanica quantistica, quali il paradosso del gatto di Schrödinger, il collasso della funzione d’onda e altri.

Matematicamente tale onda pilota è descritta dalla classica funzione d’onda della meccanica quantistica ovvero dalla descrizione dinamica probabilistica di una particella. I conti sembravano tornare!

Il problema derivato da queste interpretazioni però è che la traiettoria di una singola “particella bohmiana” non può essere osservata in un esperimento perchè ogni misurazione della sua posizione cambia la funzione d’onda sia della particella che della ipotetica funzione d’onda globale che descrive l’interazione della particella d’interesse con lo strumento di misura.

Il problema fu risolto ripetendo numerose volte lo stesso esperimento con una serie di misurazioni definite “deboli” e che riguardassero soltanto la la velocità della particella. Questo garantiva il minimo disturbo possibile del sistema e il successivo calcolo della posizione. Ripetendo l’esperimento un numero adeguato di volte sarebbe stato possibile ottenere il valore medio della velocità in funzione della posizione.

Uno studio del 2007 ha confermato sperimentalmente che ripetendo questo processo in diversi momenti permette di ricostruire un insieme di traiettorie medie coerenti con le traiettorie previste dalla teoria bohmiana.

Sembrerebbe quindi che tutto andasse per il verso giusto ma uno degli esperimenti più classici della meccanica quantistica eludeva questo risultato rassicurante: stiamo parlando dell’esperimento di Young, in cui un fascio di luce, una volta fatto passare attraverso un doppia fenditura, forma una figura d’interferenza su uno schermo. L’interferenza dimostra che la luce ha una natura ondulatoria.

Se però si riduce l’intensità della sorgente fino a emettere un fotone alla volta, sullo schermo schermo si producono puntini, che di volta in volta hanno posizioni diverse, il che depone a favore dell’ipotesi della natura corpuscolare della luce.

L’ironia ha voluto che in una versione modificata dell’esperimento di Young, la teoria bohmiana fornisce delle previsioni contrarie su quali fenditure siano attraversate dai fotoni. Questa discrepanza, oltre ad aver causato qualche seria emicrania, ha portato a coniare il termine di “traiettorie surreali” in contrapposizione alle “traiettorie reali” (e ci sarebbe da riflettere sul termine “reale”, date le considerazioni fatte precedentemente sulla interpretazione di Copenhagen ma lasciamo queste questioni ad altri momenti).

L’entanglement o correlazione quantistica è un fenomeno quantistico, privo di analogo classico, che prevede che due o più particelle siano intrinsecamente collegate in modo tale che le azioni o misure eseguite su una di esse abbiano effetto istantaneo sulle altre. Il fenomeno è stato descritto nel 1935 da Albert Einstein, Boris Podolsky e Nathan Rosen in un articolo dal titolo “La descrizione quantomeccanica della realtà fisica si può considerare completa?” ed è passato alla storia con il nome di paradosso EPR.

Ricordiamo che l’entaglement è stato definitivamente dimostrato in laboratorio da Maria Fuwa, Shuntaro Takeda, Marcin Zwierz, Howard M. Wiseman e Akira Furusawa in un esperimento del 2015 presso il Centre for Quantum Dynamics della Griffith University in Australia.

Nel mondo subatomico una particella può essere in due diverse condizioni nello stesso tempo. Per esempio può ruotare in una direzione o nell’altra (in su o in giù, il cosiddetto spin), ma anche in entrambe le direzioni contemporaneamente. Questo doppio stato, detto anche sovrapposizione quantistica, permane finché non si misura lo spin, momento in cui esso collassa su uno solo dei due stati.

L’entanglement prevede che due particelle possono essere collegate in modo tale che entrambi abbiano la stessa sovrapposizione di stati allo stesso tempo. Se si esegue una misura sulla prima particella, provocandone il collasso, per esempio, nello stato di spin su, la seconda collasserà istantaneamente nello stato di spin giù indipendentemente dalla distanza che separa le due particelle (cosa che fece irritare parecchio Albert Einstein).

Questo può succedere anche con una singola particella: un fotone, per esempio, può essere diviso in due particelle ancora connesse quantisticamente tra loro. La funzione d’onda (ovvero l’equazione matematica che descrive lo stato della particella) si estende infinitamente, ma la particella in sé si trova in tutte gli stati con diverse probabilità: nel momento in cui viene rilevata da uno strumento, lo stato collassa e si realizza una sola delle possibilità preesistenti alla misura.

Quali conclusioni trarre da tutto questo? Intanto che grazie all’entanglement è possibile formulare una previsione corretta delle traiettorie bohmiane anche nell’esperimento modificato di Young.

Inoltre, in un ottica meno pragmatica, possiamo trarre la considerazione che se è vero che siamo talpe semiceche e che sappiamo poco o nulla di quello che ci circonda è altrettanto vero che stiamo incessantemente scavando.

Stiamo incessantemente imparando, piccoli pezzi per volta. Abbiamo iniziato ponendoci domande senza avere alcun mezzo per risponderci e da allora non abbiamo smesso un secondo. Quando ci è stato impedito di farlo, siamo piombati in epoche oscure e terribili dove progresso e civiltà non solo si sono fermati ma sono addirittura riusciti a retrocedere per poi faticosamente riprendere il cammino.

E abbiamo sempre ripreso il cammino della conoscenza.

A cosa serve questa scoperta? Serve a soddisfare Il piacere della cultura, l’unico vero piacere che ci distingue dagli altri animali e che rende la nostra spece davvero unica.

 

#noidiminerva #meccanicaquantistica #esperimentodiyoung #bohm

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Appuntamenti al Planetario Ulrico Hoepli

  • Sabato 12 – ore 15:00 e 16:30 – Gianluca Ranzini
    Viaggio tra le costellazioni – Cosa sono? Esistono davvero?
  • Domenica 13 – ore 15:00 e 16:30 – Massimo Mogi Vicentini
    La Via Lattea: dal fiume celeste fino all’universo delle galassie
  • Martedì 15 – ore 21:00 – Luca Perri
    La fisica di Interstellar – La fantascienza secondo un futuro Premio Nobel
  • Venerdì 18 – ore 21:00 – Luigi Bignami, Giulio Magli, Piercesare Secchi
    Scienza per tutti: dalle comete alle meraviglie dell’Archeoastronomia
  • Domenica 20 – ore 18:00 – Antonio Ereditato
    Dall’infinitamente piccolo all’infinitamente grande. un viaggio nello spazio e nel tempo dell’universo
  • Martedì 22 – ore 21:00 – Davide Cenadelli
    Proxima Centauri b e i pianeti delle stelle vicine
  • Giovedì 24 – ore 21:00 – Cesare Guaita
    Juno: alla scoperta del nucleo di Giove – E’ in orbita gioviana dallo scorso 4 luglio la sonda che studierà il misterioso nucleo del grande pianeta

La Riposta Essenza del Mondo

Nel procedimento scientifico gli elementi di carattere metafisico vanno messi da parte e si devono sempre considerare i fatti osservabili come la fonte ultima delle nozioni e delle costruzioni. La rinuncia a comprendere la “cosa in sé”, a conoscere la “verità ultima”, a svelare la più riposta essenza del mondo, sarà forse psicologicamente ardua per gli ingenui entusiasti, ma è in realtà uno degli atteggiamenti più fruttuosi del pensiero moderno.
(Herbert Robbins, Richard Courant)

Conferenza confermata!

Confermata la conferenza “La successione di Fibonacci: una colorata ghirlanda di fiori e numeri“!

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L’appuntamento è:
MERCOLEDì 26 OTTOBRE 2016 alle ore 19,00 presso la libreria “Baravaj”, in via Cesare Cesariano 7, Milano.
Il programma è consultabile sulla pagina dedicata. L’ingresso è gratuito. La consumazione è consigliata (si mangia davvero bene… Lo so bene!)

Cosa è la Verità?

Alcuni cartoni animati possono essere fonte di profonde riflessioni.

Soprattutto quando affrontano tematiche come quelle della “teoria del complotto” che non starò a dettagliare qui ma della quale voglio evidenziare una caratteristica saliente, ovvero l’atteggiamento totalmente e acriticamente fideistico nei confronti di alcune ipotesi.

Purtroppo questo atteggiamento inquina spesso anche la ricerca scientifica, a volte in buona fede, spesso in mala fede.

suTornando ai cartoni animati, sono rimasto impressionato guardando una puntata di Steven Universe, in particolare la numero 31 della prima stagione: Keep Beach City Weird.

Ronaldo Fryman è un ragazzo con la mania dei complotti e delle teorie più bizzarre e cerca di coinvolgere Steven nella sua ricerca di una presunta verità su quello che accade nella città di Beach City (in effetti in quella città accadono parecchie cose strane ma completamente diverse da quelle che Ronaldo pensa), interpretando i fatti senza tener minimamente conto di quello che invece Steven gli suggerisce timidamente.rolando_transparent

Verso la fine dell’episodio, tra Ronaldo e Steven c’è un breve dialogo che riassume brillantemente il senso della ricerca della verità:

  • Ronaldo: But… But the truth!
  • Steven: Maybe the truth just isn’t what you thought it was.
  • Ronaldo: Sure it is! Don’t get hung up on these minor facts. Truth is about more than that, truth is a feeling in your gut that you know is true! Truth is searching for anything that proves you’re right no matter how small, and holding on to that, no matter what.
  • Steven: That kinda sounds like the opposite of truth.

Già. La verità non è quella che noi pensiamo che possa essere. O che speriamo che possa essere. Questo vale sempre, soprattutto nel campo della ricerca scientifica.

Mi viene in mente una bella frase di Neil deGrasse Tyson riguardo la verità nel campo scientifico. Una frase spesso tagliata e usata a sproposito per cui ho deciso di riportare la versione integrale così come è stata registrata nel “The Colbert Report”:

“Once science has been established, once a scientific truth emerges from a consensus of experiments and observations, it is the way of the world. What I’m saying is, when different experiments give you the same result, it is no longer subject to your opinion. That’s the good thing about science: It’s true whether or not you believe in it. That’s why it works.”

Ma potrei anche riportare un bellissimo pezzo dal libro di Richard Feynman “The pleasure of finding things out”:

“So there came a time in which the ideas, although accumulated very slowly, were all accumulations not only of practical and useful things, but great accumulations of all types of prejudices, and strange and odd beliefs.

Then a way of avoiding the disease was discovered. This is to doubt that what is being passed from the past is in fact true, and to try to find out ab initio again from experience what the situation is, rather than trusting the experience of the past in the form in which it is passed down. And that is what science is: the result of the discovery that it is worthwhile rechecking by new direct experience, and not necessarily trusting the [human] race[‘s] experience from the past. I see it that way. That is my best definition… …
As a matter of fact, I can also define science another way: Science is the belief in the ignorance of experts.”

Quel che conta che nel cartone animato Steven Universe è stato riassunto abilmente e alla portata di un pubblico giovanissimo un concetto molto importante.

Sono davvero molto felice e anche commosso che le nuove generazioni abbiano a disposizione simili esempi. Credo che Cartooon Network sita facendo davvero un meraviglioso lavoro.

steven_universe_logo

Peccato solo che qui da noi non ci sia altrettanta attenzione per certi temi. E i risultati di tanta disattenzione si vedono. Purtroppo.