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I neuroni che collegano respirazione e calma

I neuroni che collegano respirazione e calma
Un minuscolo gruppo di neuroni situato nella parte del tronco encefalico che controlla la respirazione comunica direttamente con una struttura cerebrale coinvolta nelle risposte allo stress. La scoperta potrebbe indicare le basi fisiologiche degli effetti calmanti della meditazione e avere ricadute sullo sviluppo di farmaci contro gli attacchi di panico e altri disturbi (red)

E' un piccolo gruppo di neuroni nel tronco cerebrale a regolare i rapporti fra la respirazione e le attività cerebrali superiori connesse a uno stato di calma oppure di agitazione.

La scoperta è di un gruppo di ricercatori della Stanford University, che firmano un articolo pubblicato su "Science". In prospettiva, il risultato può avere ricadute in campo clinico con lo sviluppo di nuove terapie contro gli attacchi di panico e altri disturbi legati a stati di stress.

Anche se la respirazione è generalmente considerata un comportamento controllato soprattutto dal sistema nervoso autonomo, l'esistenza di strette connessioni con le aree cerebrali che presiedono alle funzioni cerebrali superiori è ben nota e ampiamente testimoniata, per esempio, dagli studi sugli effetti della meditazione, che ha uno dei suoi cardini proprio nel controllo della respirazione.

Tuttavia finora non era chiaro quali fossero i centri e i meccanismi neuronali che presiedono ai rapporti fra respiro e cervello.

In uno studio sperimentale sui topi, Kevin Yackle e colleghi hanno ora identificato il regista di questi rapporti in un piccolo gruppo di neuroni situato nel tronco cerebrale.

Si tratta in particolare di circa 175 neuroni del cosiddetto complesso di pre-Bötzinger, un articolato gruppo di 3000 neuroni circa la cui attività ritmica avvia i movimenti respiratori. I neuroni di questa sottopopolazione inviano delle proiezioni direttamente a un'area del cervello, il locus coeruleus, che ha un  ruolo chiave nello stato di vigilanza in generale, nella focalizzazione dell'attenzione, e nelle risposte allo stress.

Dopo aver eliminato in alcuni topi i neuroni identificati, i ricercatori hanno constatato che la loro respirazione era rimasta perfettamente normale, ma

che gli animali rimanevano insolitamente tranquilli anche se erano sottoposti a stimoli che normalmente inducono una risposta di stress.

 

In verde le connessioni fra alcune cellule del centro della respirazione nel tronco encefalico e aree superiori del cervello (Cortesia Kevin Yackle et al./Science/AAAS)

Dato che questi neuroni possono essere identificati grazie alla presenza di specifici marcatori molecolari, i ricercatori sperano che sia possibile sviluppare in tempi relativamente brevi farmaci in grado di agire selettivamente su di essi.

 

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Acqua potabile dal mare grazie al grafene

Si può rendere potabile l'acqua marina filtrandola con membrane a base di ossido di grafene. Lo hanno dimostrato esperimenti di laboratorio che aprono la strada a impianti di piccole dimensioni con cui si potrebbe risolvere il problema della disponibilità di acqua in molti paesi (red)

materiali nanotecnologie

Il grafene è un materiale costituito da un reticolo a celle esagonali di atomi di carbonio, dallo spessore monoatomico e dotato di straordinarie caratteristiche elettriche e meccaniche, tanto da rappresentare una potenziale risorsa per molte applicazioni. Una delle più significative è filtrare l'acqua marina per renderla potabile, stando ai risultati presentati su “Nature Nanotechnology” da ricercatori dell'Università di Manchester, tra quali c'è anche Andre Geim, premio Nobel per la fisica nel 2010 insieme a Konstantin Novoselov proprio per le loro ricerche sul grafene.

Il materiale usato nello studio è grafene legato a ossigeno, una forma un po' particolare di grafene che ha già dimostrato il suo potenziale nelle operazioni di filtraggio di piccole nanoparticelle, di molecole organiche e anche di alcuni sali da soluzioni.

Illustrazione della membrana a ossidi di grafene (Credit: Università di Manchester)
 
In una precedente ricerca, gli autori avevano scoperto che una volta immerse in acqua, le membrane di ossido di grafene si gonfiano facendo dilatare i loro pori: è per questo che possono filtrare solo molecole o ioni di grandi dimensioni. L'ulteriore sviluppo di queste membrane ha portato alla scoperta di una strategia per evitare il rigonfiamento durante l'immersione in acqua e per controllare con precisione la dimensione dei pori, che può essere ridotta fino a essere efficace nel filtraggio del sale.

Quando il cloruro di sodio, il comune sale da cucina, è disciolto in acqua, cloro e sodio da cui è formato si separano in due ioni: quello del cloro (Cl-), carico negativamente, e quello del sodio (Na+), carico positivamente. Ora, le molecole di acqua sono fortemente polari, con la carica positiva tende a stare verso gli atomi di idrogeno e quella negativa verso l'atomo di ossigeno. Per questo sono attratte da entrambi gli ioni,

e li circondano completamente formando la cosiddetta sfera d'idratazione. Quest'ultima aumenta le dimensioni dello ione, il che ha facilitato il compito di Geim e colleghi nella realizzazione di una membrana a ossido di grafene adatta a filtrare il sale.

Se i risultati della sperimentazione trovassero uno sbocco industriale, si potrebbero risolvere molti problemi legati alla scarsità di acqua potabile in molte parti del mondo, favorita anche dal riscaldamento climatico: secondo previsioni delle Nazioni Unite, entro il 2025 il 14 per cento circa della popolazione mondiale, oltre un miliardo di persone, dovrà fare i conti con la scarsità di acqua.

La nuova tecnologia si candida così a rivoluzionare le tecniche di filtrazione dell'acqua, in particolare nei paesi che non possono permettersi la costruzione di grandi impianti di desalinizzazione. I sistemi basati su membrane a ossidi di grafene potrebbero essere realizzati su piccola scala e con un investimento limitato, senza compromettere la qualità dell'acqua dolce prodotta.

“La realizzazione di membrane con fori di dimensioni uniformi fino alla scala atomica è un passo avanti significativo e apre nuove possibilità per migliorare l'efficienza della tecnologia di desalinizzazione”, ha spiegato Rahul Nair, che ha guidato lo studio.

“Le membrane che abbiamo sviluppato sono utili non solo per la desalinizzazione: la possibilità di regolare le dimensioni dei pori fino alle scale atomiche apre nuove opportunità per fabbricare membrane con capacità di filtraggio adattabile alle diverse esigenze”, ha aggiunto Jijo Abraham, coautore dell'articolo.

http://www.lescienze.it/news/2017/03/31/news/neuroni_respirazione_stress_cervello-3477488/

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