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Università Sapienza di Roma

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Effettuato presso Sapienza-Sant’Andrea il primo trapianto di trachea in Italia, primo al mondo su un paziente post Covid-19

L’intervento, reso necessario a causa delle lesioni provocate dalle complicanze della malattia, rappresenta un modello clinico a livello internazionale

È stato portato a termine con successo il primo trapianto di trachea in Italia, il primo al mondo che viene effettuato su un paziente post Covid-19. I danni conseguenti all’infezione SARS-Cov2 e alle tecniche di ventilazione invasiva che si sono rese necessarie durante la malattia, hanno provocato l’assottigliamento della trachea che impediva quasi completamente la respirazione, rendendo necessario effettuare l’intervento.

Cecilia Menna in sala operatoria

Il trapianto è stato eseguito lo scorso 2 marzo presso la Chirurgia Toracica dell’Azienda ospedaliero-universitaria Sant’Andrea, policlinico universitario della rete Sapienza e azienda di alta specializzazione della Regione Lazio. Il paziente, un uomo di 50 anni originario della Sicilia, immediatamente risvegliato è stato da subito in grado di respirare e parlare autonomamente; dopo un ricovero di tre settimane e un decorso post-operatorio regolare, ha ripreso la sua vita normale, tornando al suo lavoro e alla sua città.

Effettuato presso Sapienza-Sant’Andrea il primo trapianto di trachea in Italia, primo al mondo su un paziente post Covid-19. La conferenza stampa

L’importante traguardo è stato presentato il 15 aprile nell’aula magna della Sapienza da parte dello staff medico della Chirurgia toracica diretta da Erino Rendina e in particolare dalla giovane chirurga Cecilia Menna, la trentacinquenne responsabile del Programma “Tracheal Replacement” del Sant’Andrea che ha condotto con il professor Rendina l’intervento in prima persona. A prender parte, la rettrice della Sapienza Antonella Polimeni, l’Assessore alla Sanità della Regione Lazio Alessio D’Amato, il direttore sanitario dell’Azienda Ospedaliera-universitaria Sant’Andrea Paolo Annibaldi, il preside della Facoltà di Medicina e psicologia Fabio Lucidi, che hanno condiviso il brillante risultato, spiegando la complessità della macchina organizzativa messa in moto per portare a compimento il trapianto.

Erino Rendina, Antonella Polimeni, Cecilia Menna

“Questo successo è motivo di soddisfazione per tutta la nostra comunità e rappresenta un’ulteriore conferma degli eccellenti risultati clinici della ricerca medica e scientifica prodotta dall’Ateneo, al servizio della salute della collettività” – afferma la rettrice Antonella Polimeni – Il fatto poi che questo intervento veda in prima linea una giovane chirurga è un segnale forte di come le competenze femminili si possano affermare in ambiti professionali come quello chirurgico, tradizionalmente a quasi esclusivo appannaggio degli uomini.”

“Un grande risultato a testimonianza dell’eccellenza clinica raggiunta dal sistema sanitario regionale” sottolinea l’Assessore Alessio D’Amato “Voglio ringraziare la Sapienza e i professionisti dell’équipe chirurgica del Sant’Andrea per l’innovativo intervento portato a termine.”

“Un risultato di elevata complessità organizzativa e clinico-assistenziale, frutto dell’esperienza e dello spirito di innovazione dei nostri chirurghi – commenta il direttore generale del Sant’Andrea Adriano Marcolongo – e della capacità di fare rete con altri centri italiani di eccellenza.”

trapianto trachea
Effettuato presso Sapienza-Sant’Andrea il primo trapianto di trachea in Italia, primo al mondo su un paziente post Covid-19. Foto di gruppo con gli specializzandi

L’intervento chirurgico, che ha coinvolto 5 operatori ed è durato circa 4 ore e mezza, è stato condotto con sofisticate tecniche di anestesia, che hanno permesso di non instituire la circolazione extracorporea. La trachea malata è stata rimossa nella sua totalità e successivamente è iniziata la delicata fase di ricostruzione che ha previsto la sua sostituzione con un segmento di aorta toracica criopreservata presso la Fondazione Banca dei Tessuti di Treviso, diretta da Diletta Trojan e perfettamente adattabile alle dimensioni della via aerea del paziente.

“La patologia tracheale era estesa e severa e non poteva essere affrontata con le tecniche di ricostruzione, su cui pure abbiamo maturato una esperienza ventennale – spiega Erino Rendina – e l’unica opzione plausibile era la sostituzione dell’intera trachea con biomateriale”.

trapianto trachea
Cecilia Menna in sala operatoria

 “Una delle criticità maggiori nella sostituzione della trachea, tubo rigido e pervio” spiega Cecilia Menna – “è il ripristino della sua rigidità: per questo abbiamo provveduto a inserire all’interno dell’aorta impiantata un cilindro di silicone, la cosiddetta protesi di Dumon, della lunghezza di 10 cm e ripristinato completamente la pervietà aerea, la respirazione, la fonazione e la deglutizione”.

Il paziente, Giuseppe Scalisi

Il paziente, immediatamente risvegliato e da subito in grado di respirare e parlare autonomamente, non ha necessitato di ricovero in terapia intensiva né di tracheostomia ed è stato trasferito direttamente nel reparto di Chirurgia Toracica. Sono state effettuate broncoscopie quotidiane per controllare il corretto posizionamento del cilindro di silicone e il buono stato di conservazione del graft aortico. Il suo decorso post-operatorio è stato regolare e dopo tre settimane dall’intervento, il paziente è stato dimesso, senza la necessità di terapia immunosoppressiva, come avviene invece per gli altri trapianti d’organo, grazie alla scarsissima immunogenicità del graft aortico.

trapianto trachea
Erino Rendina e Cecilia Menna in studio

Chirurgia Toracica di Sapienza-Azienda ospedaliero-universitaria Sant’Andrea – è il maggior centro di riferimento italiano per la chirurgia della trachea ed uno dei maggiori centri europei, un’eccellenza italiana fortemente voluta dai vertici della Sapienza e dell’Ospedale Sant’Andrea. Conosce una costante crescita in termini di volume e qualità assistenziale con particolare riferimento ad interventi di ricostruzione vascolare e delle vie aeree finalizzate al risparmio delle parti di organo sane. Nel 2020 sono stati effettuati sotto la direzione del professor Rendina 1323 interventi, nonostante la maggiore complessità organizzativa dovuta all’emergenza COVID.

Cecilia Menna

Cecilia Menna – Responsabile del progetto “Tracheal Replacement”, è una giovane chirurga di 35 anni. Dopo essersi laureata e specializzata con il professor Rendina, è attualmente dirigente medico presso l’Azienda ospedaliero-universitaria Sant’Andrea. Esegue quotidianamente, in prima persona, tutti gli interventi più complessi di Chirurgia Toracica e rappresenta, con il suo successo professionale, l’abbattimento di un altro cliché duro a scomparire: che la chirurgia sia preclusa alle donne.

Cecilia Menna

Erino Angelo Rendina – Direttore della Chirurgia Toracica, è stato il primo, trent’anni fa esatti, ad eseguire un trapianto polmonare in Italia, nella notte tra l’11 e il 12 gennaio 1991. Attualmente, dirige un gruppo di 9 chirurghi, tra cui 4 donne. La sua lunga esperienza è stata messa a disposizione del paziente per raggiungere in modo assolutamente innovativo quella che sembra una stabile guarigione; ciò dimostra come la ricerca di base e lo studio, uniti alla tenacia nell’applicazione pratica della ricerca scientifica, possano anche in Italia dare risultati di valore assoluto.

Erino Angelo Rendina

Testo, foto e video  dal Settore Ufficio stampa e comunicazione Sapienza Università di Roma

Le zanne “high-tech” dei cobra sputatori

Un nuovo studio condotto da un team internazionale di ricercatori di varie università, tra cui la Sapienza Università di Roma, ha indagato la capacità di questi serpenti di difendersi dagli aggressori spruzzando veleno dalle proprie zanne fino a più di tre metri di distanza: la ricerca, pubblicata su Journal of Experimental Biology, ha dimostrato che tale abilità è dovuta alle peculiari caratteristiche morfologiche delle zanne più che alle proprietà fisiche del veleno.

Un rinkhals (Hemachatus haemachatus), serpente elapide imparentato con i “veri” cobra (genere Naja), nell’atto di sputare veleno. Photo credit: The Trustees of the Natural History Museum of London e Callum Mair

I cobra sono serpenti del genere Naja, che iniettano veleno altamente tossico nel corpo delle loro prede attraverso zanne specializzate, provviste di una scanalatura interna, che funzionano esattamente come una siringa ipodermica. Fra questi, ci sono i cobra “sputatori”, capaci di utilizzare il veleno non solo per predazione ma anche per difesa, spruzzandolo dalle loro zanne negli occhi dei loro aggressori, fino a più di 3 metri di distanza. L’effetto del veleno a contatto con gli occhi è devastante, causando dolore intenso e, nei casi più gravi, cecità.

Si pensava che questo comportamento unico avesse portato i cobra sputatori a evolvere un veleno con proprietà fluidodinamiche più adatte per essere proiettato a distanza. Oggi un nuovo studio a cui hanno collaborato ricercatori della Sapienza Università di Roma, pubblicato sulla rivista Journal of Experimental Biology, ha dimostrato invece che sono le caratteristiche morfologiche peculiari delle zanne dei cobra sputatori, come lo sbocco esterno del canale rivolto più anteriormente rispetto ai cobra non sputatori, a favorire il getto direzionabile del veleno.

La scoperta è di un giovane laureato del Dipartimento di Biologia e biotecnologie Charles Darwin della Sapienza, Ignazio Avella, vincitore di una borsa di studio del Journal of Experimental Biology e primo nome del lavoro condotto in collaborazione con Riccardo Castiglia, dello stesso Dipartimento, e ricercatori delle università di Porto (Portogallo), Sheffield (Inghilterra) e Bangor (Galles), e della Liverpool School of Tropical Medicine (Inghilterra).

cobra sputatori zanne
Cobra sputatore del Mozambico (Naja mossambica). Photo credit: Wolfgang Wüster

In particolare, per indagare le proprietà del flusso del veleno lungo le zanne, il team ha confrontato la viscosità dei veleni prodotti da 13 specie di cobra, sputatori e non sputatori, provenienti da tutto il mondo. Sorprendentemente, sebbene le zanne dei cobra sputatori siano risultate modificate per permettere al veleno di scorrere attraverso il canale interno più velocemente e con una pressione inferiore rispetto ai cobra non sputatori, non sembrano esserci differenze significative nelle proprietà fisiche dei veleni prodotti dalle due tipologie di cobra.

I ricercatori sono giunti anche ad altri risultati inaspettati. Rispetto a studi precedenti condotti su scala minore, che avevano ipotizzato che il veleno modificasse le sue proprietà in base ad altri fattori, come la velocità (comportandosi come un fluido pseudoplastico non Newtoniano), in questo lavoro è stato visto che i veleni si comportano invece come l’acqua, vale a dire come un normale fluido Newtoniano che non modifica le proprie proprietà, mettendo in discussione quanto riportato nei lavori precedenti.

Escluso quindi il ruolo del veleno, i risultati dello studio suggeriscono che la morfologia particolare delle zanne dei cobra sputatori contribuisce all’eiezione aerea del veleno più che le proprietà fisiche dello stesso.

Riferimenti:

Unexpected lack of specialisation in the flow properties of spitting cobra venom – Avella I., Barajas-Ledesma E., Casewell N. R., Harrison R. A., Rowley P. D., Crittenden E., Wüster W., Castiglia R., Holland C., van der Meijden A. (2021). Journal of Experimental Biology. doi:10.1242/jeb.229229

Testo dal Settore Ufficio stampa e comunicazione Sapienza Università di Roma

 

Lupo: l’ibridazione con il cane domestico mette a rischio la conservazione della specie

Lo studio, condotto da ricercatori Sapienza, ha stimato nel Parco nazionale dell’Appennino tosco-emiliano e nelle zone circostanti dell’Appennino settentrionale una prevalenza di ibridazione del 70%, sulla base di 152 campioni raccolti, corrispondenti a 39 lupi in 7 branchi differenti. I risultati del lavoro, pubblicati sulla rivista The Journal of Wildlife Management, evidenziano la necessità di arginare il fenomeno per preservare l’integrità genetica del lupo.

 

L’integrità genetica del lupo italiano è sempre più minacciata dall’ibridazione con il cane domestico. È quanto dimostrato in un recente studio condotto dalla Sapienza Università di Roma in collaborazione con il Parco nazionale dell’Appennino tosco-emiliano, l’Istituto superiore per la ricerca e la protezione ambientale (Ispra) e il Centre Nationale de la Recherche Scientifique (Francia), pubblicato sulla rivista The Journal of Wildlife Management.

lupo cane ibridazione
Ibridi di Cerreto. Foto di Luigi Molinari

Il cane domestico è il risultato di una forte selezione attuata dall’uomo e di millenni di isolamento riproduttivo dal lupo. Nel tempo il cane ha sviluppato forme e comportamenti più appropriati alle necessità dell’uomo e profondamente diversi rispetto al suo progenitore selvatico. Dal punto di vista biologico, il cane e il lupo sono la stessa specie e in determinate circostanze possono accoppiarsi e generare ibridi fertili. Eppure, nonostante l’ibridazione con il lupo sia occasionalmente avvenuta fin dall’origine stessa della domesticazione del cane, oggi il timore è che il fenomeno sia in forte aumento a causa dell’espansione del lupo in aree maggiormente antropizzate, dove il rapporto numerico risulta ampiamente a favore della popolazione canina.

“Dai primi rari avvistamenti di ibridi negli anni ’70 e ’80, il fenomeno è stato ampiamente sottovalutato negli anni successivi – spiega Paolo Ciucci del Dipartimento di Biologia e biotecnologie Charles Darwin della Sapienza Università di Roma, coordinatore lo studio. “Questo sia per le difficoltà tecniche intrinseche all’identificazione degli individui ibridi, inclusi i re-incroci di successiva generazione, sia per le complesse e delicate implicazioni gestionali del fenomeno. Inoltre, ad oggi sono stati pochi gli studi che hanno realmente quantificato l’ibridazione tra cane e lupo secondo parametri popolazionistici e modelli statistici adeguati, mentre gli strumenti di cui oggi disponiamo ci permettono di produrre stime più accurate”.

Sulla base di 152 campioni raccolti, corrispondenti a 39 lupi in 7 branchi differenti, i ricercatori hanno stimato una prevalenza di ibridazione del 70%, con individui ibridi presenti in almeno 6 dei 7 branchi monitorati. Inoltre, attraverso la ricostruzione genealogica è stato accertato che in almeno due di questi branchi gli individui ibridi godono dello status di riproduttori, e sono in grado quindi di tramandare le varianti genetiche di origine canina alle generazioni successive.

Nonostante la presenza di casi di ibridazione fosse stata originariamente ipotizzata, se si considerano gli effetti potenzialmente negativi che i geni di origine canina possono avere per la sopravvivenza del lupo allo stato selvatico, i risultati dello studio evidenziano uno scenario allarmante per la conservazione della specie e per la tutela della sua identità genetica.

“Grazie a una rete di collaboratori con competenze complementari, che ci ha permesso di applicare adeguate strategie di campionamento, congiuntamente a metodi formali di stima demografica e a tecniche di diagnosi genetica particolarmente efficienti, nel nostro lavoro abbiamo prodotto una stima accurata del fenomeno su scala locale – aggiunge Nina Santostasi, ricercatrice dello stesso Dipartimento e prima autrice dello studio. “I risultati che abbiamo ottenuto sottolineano con enfasi come le presunte barriere riproduttive comportamentali tra cani e lupi, o la diluizione di geni di origine canina nella popolazione di lupo, non siano da sole sufficienti a prevenire l’ibridazione e il suo dilagare all’interno della popolazione di lupo. Purtroppo, con ogni probabilità, questa situazione non è limitata all’area in cui abbiamo lavorato ed è fondamentale replicare con urgenza lo stesso tipo di studio anche nelle altre aree dell’areale della specie”.

I risultati dello studio evidenziano quanto sia fondamentale non ignorare il fenomeno e mettere in campo tutte le migliori competenze e capacità gestionali per preservare l’integrità genetica del lupo. Ma non solo, è necessario informare e sensibilizzare l’opinione pubblica sul rischio di estinzione genomica. “È questo un concetto molto più difficile da comprendere e condividere di quanto non lo sia stato il rischio di estinzione demografica quando, nei primi anni ’70, l’Italia si è detta favorevole alla protezione legale della specie – conclude Ciucci. “Paradossalmente, 50 anni più tardi, è la stessa identità genetica del lupo che è messa a rischio come conseguenza delle dinamiche espansive della specie, dell’elevato numero di cani vaganti e dell’inerzia gestionale”.

Le tecniche genetiche utilizzate dai ricercatori per identificare gli ibridi, che utilizzano il DNA estratto dagli escrementi di lupo, sono state messe a punto nel laboratorio di Genetica della Conservazione dell’Istituto superiore per la ricerca e la protezione ambientale (Ispra), da anni attivo nel settore.

La stima della prevalenza degli ibridi è stata effettuata nella popolazione di lupo che vive nel Parco nazionale dell’Appennino tosco-emiliano e nelle zone circostanti dell’Appennino settentrionale, un’area centrale e strategica della distribuzione del lupo nell’Appennino, dove i primi individui ibridi, o comunque morfologicamente devianti rispetto allo standard morfologico del lupo, erano già stati osservati dalla fine degli anni ’90.

Riferimenti:

Estimating Admixture at the Population Scale: Taking Imperfect Detectability and Uncertainty in Hybrid Classification Seriously – Nina L. Santostasi, Olivier Gimenez, Romolo Caniglia, Elena Fabbri, Luigi Molinari, Willy Reggioni, Paolo Ciucci – The Journal of Wildlife Management https://doi.org/10.1002/jwmg.22038

 

Testo, foto e video dal Settore Ufficio stampa e comunicazione Sapienza Università di Roma

Effetto Michelangelo: quando l’arte diventa propedeutica alla neuroriabilitazione 

Intervista al Professor Marco Iosa

Siamo spesso portati a pensare che arte e scienza siano due entità separate. Eppure, mai come nell’ultimo trentennio, arte e scienza si sono intrecciate e fuse fino a costituire una nuova disciplina: la neuroestetica (Zeki, 2002). Figlia delle neuroscienze cognitive, la neuroestetica si è posta fin dalla sua nascita l’obiettivo di indagare i meccanismi neurobiologici alla base dell’esperienza estetica. Negli ultimi anni, grazie ai sempre più numerosi studi di neuroimaging, la neuroestetica ci ha consentito di ottenere nuovi e interessanti punti di vista sulla nostra percezione e fruizione dell’arte in tutte le sue forme, dalla musica alla poesia passando per la pittura (Zeki, 2002; Verrusio et al., 2015). In altri termini, ci ha permesso di capire cosa succede nel nostro cervello quando osserviamo, ad esempio, la splendida Nascita di Venere di Botticelli o quando ascoltiamo una sinfonia di Mozart.

Sandro Botticelli, La nascita di Venere, tempera su tela (172.5×278.9 cm, 1483-1485), Galleria degli Uffizi. Foto di GhislainnCC BY-SA 4.0

Sebbene la scienza moderna sia ancora lontana dal capire quali siano i processi neurali responsabili dell’esperienza estetica, essa può fornirci molte risposte in merito ai cambiamenti cerebrali che si osservano quando fruiamo attivamente dell’arte. È stato infatti dimostrato che godere dell’estetica di un’opera d’arte universalmente riconosciute come dall’elevato valore artistico, suscita un generale senso di piacere stimolando l’attivazione di processi percettivi, cognitivi ed emozionali che si traducono nell’attivazione di diverse aree cerebrali (Di Dio et al., 2016, Coccagna et al., 2020). Le aree di cui si parla hanno a che vedere, però, non solo con il piacere e la motivazione ma anche con il movimento (Umiltà et al., 2012). Osservare l’immagine di una mano che afferra un oggetto, per esempio, attiva nel cervello dell’osservatore la stessa rappresentazione motoria grazie al sistema dei neuroni specchio, che permettono di capire l’intenzione che sottende il movimento (Urgesi et al., 2006). Non è sorprendente, quindi, che la neuroestetica trovi sempre maggiori applicazioni in campo clinico o riabilitativo.

Recentemente, diversi studi condotti su pazienti affetti dal morbo di Parkinson, hanno dimostrato che l’ascolto di musica classica migliora sia la qualità della scrittura che le capacità motorie generali dei pazienti durante l’esecuzione di specifici compiti (Véron-Delor et al., 2020; Victorini et al., 2020), un fenomeno noto nella comunità scientifica come “Effetto Mozart” (Rauscher et al., 1993). Analogamente alla musico-terapia, anche l’arte-terapia trova ampio spazio nella neuroriabilitazione. Tuttavia, fino ad oggi, la maggior parte degli studi in ambito clinico non ha tratto vantaggio dall’utilizzo di capolavori artistici a scopo riabilitativo, bensì si sono limitati a far riprodurre ai pazienti disegni che non avessero nulla a che vedere con opere d’arte. Sebbene questi studi abbiano avuto buoni risultati, essi non hanno considerato i benefici sensorimotori che si sarebbero potuti trarre dalla riproduzione di vere e proprie opere d’arte. La riproduzione di capolavori artistici, infatti, avrebbe potuto potenziare l’efficacia della terapia riabilitativa sfruttando l’alto potere evocativo delle opere stesse. Ma quanti sarebbero stati in grado di riprodurre L’annunciazione di Leonardo da Vinci o La vocazione di San Matteo di Caravaggio?

Michelangelo Merisi da Caravaggio, La vocazione di San Matteo. Immagine The Yorck Project (2002) 10.000 Meisterwerke der Malerei (DVD-ROM), distributed by DIRECTMEDIA Publishing GmbH. ISBN3936122202 in pubblico dominio

L’escamotage trovato da un team di ricercatori italiani guidati dal Professor Tieri dell’IRCCS Santa Lucia in collaborazione con l’Università di Roma La Sapienza è stato quello di utilizzare la realtà virtuale, un tipo di tecnologia che permette di “replicare” la realtà quanto più accuratamente possibile, superando molti limiti fisici. I ricercatori hanno pensato di sfruttare questa tecnologia a favore di una terapia riabilitativa per persone affette da emiplegia (ovvero l’incapacità di utilizzo di un arto o parte del corpo) conseguente ad un ictus cerebrale. I ricercatori hanno chiesto ai pazienti di utilizzare l’arto paralizzato per muovere un cursore sulla tela virtuale con lo scopo di dipingere nel minor tempo possibile le opere che gli venivano presentate. Al contrario, ad altri pazienti è stato chiesto di dipingere una tela che avesse gli stessi colori e la stessa brillantezza dell’opera d’arte ma non rappresentasse nessuna opera artistica. I risultati ottenuti da questa ricerca hanno importanti implicazioni cliniche.

All’interno dell’ambiente virtuale, infatti, i pazienti a cui era stato chiesto di riprodurre l’opera hanno riportato non solo un minor affaticamento fisico durante l’esecuzione, ma anche un minor numero di errori durante la riproduzione delle tele. Questo effetto è stato particolarmente pronunciato nel corso dell’esecuzione dell’opera michelangiolesca La Creazione di Adamo, che ha ispirato gli autori della ricerca nella coniazione del nome di questo sorprendente effetto. Complessivamente, quindi, questo studio, introducendo la realtà virtuale nell’ambito della riabilitazione neurologica, fa luce sull’importanza di utilizzare l’arte come strumento di motivazione e riabilitazione per pazienti affetti da disordini neurologici.

Abbiamo chiesto al Professor Marco Iosa – coautore di questo studio – di rispondere ad alcune nostre domande per ScientifiCult.

Effetto Michelangelo
Effetto Michelangelo. Foto dall’Ufficio Stampa – Fondazione Santa Lucia IRCCS e dal Settore Ufficio stampa e comunicazione Sapienza Università di Roma

Nel vostro ultimo lavoro recentemente pubblicato su Frontiers in Psychology avete dimostrato che la riproduzione di opere d’arte mediante l’utilizzo della realtà virtuale influenza positivamente l’esecuzione di esercizi durante la procedura di neuroriabilitazione. In particolare, avete osservato non solo che i pazienti riescono a terminare il compito in un tempo minore e con un minor grado di affaticamento, ma anche che i pazienti colpiti da emiplegia eseguono un minor numero di errori durante la riproduzione delle opere se confrontati con pazienti in una condizione di controllo. Durante l’esperimento sono state presentate ai soggetti diverse opere d’arte pittoriche che coprivano diversi periodi artistici, dal Rinascimento al Cubismo: eppure, avete osservato un effetto maggiore quando è stata presentata “La creazione di Adamo” di Michelangelo… saprebbe spiegare perché si osserva questo effetto proprio dopo la presentazione di questa specifica opera pittorica? Potrebbe essere legato al fatto che proprio in quest’opera, più che nelle altre, è maggiormente rappresentato uno sforzo fisico dei soggetti, messo ulteriormente in evidenza dalla loro accentuata muscolatura?

L’interazione con l’opera d’arte effettivamente portava ad una performance motoria migliore, malgrado il compito fosse identico a quello utilizzato come controllo, ovvero colorare tutta la tela. Inoltre i soggetti percepivano una minore fatica quando sulla tela compariva il capolavoro. L’effetto era abbastanza comune a tutti i quadri che abbiamo mostrato, ma leggermente più marcato per alcuni, in particolare la Creazione di Adamo della Cappella Sistina di Michelangelo. I motivi potrebbero essere svariati.

In primis, come dice lei, la rappresentazione dei corpi e della loro muscolatura in un gesto dinamico, con le braccia allungate e le due dita che cercano di toccarsi può aver attivato i cosiddetti “mirror neurons (i neuroni specchio), ovvero quei neuroni delle aree motorie che si attivano non solo nel compimento di un’azione, ma anche quando l’azione viene vista compiersi da altri soggetti. Un altro fattore che può giocare un ruolo importante è l’iconografia di un dipinto. La “Creazione di Adamo” è un’opera classica, ben nota ai più, con i personaggi che si distinguono in modo deciso rispetto allo sfondo. Un’opera cubista di Picasso, invece, potrebbe essere di più complessa interpretazione ed essere più soggetta al gusto personale influenzato dalle conoscenze artistiche dell’osservatore. Non che l’opera michelangiolesca non contenga messaggi nascosti (è ad esempio ancora oggetto di dibattito cosa rappresenti il manto che circonda Dio: c’è chi dice la sezione di un cervello umano oppure chi sostiene sia un utero dopo il parto). Tuttavia, quello principale è chiaramente rappresentato dai personaggi esteticamente riprodotti con perfette proporzioni anatomiche durante il ben noto gesto delle braccia protese fino alle dita che si sfiorano.

Effetto Michelangelo La creazione di Adamo
Effetto Michelangelo: La creazione di Adamo dal soffitto della Cappella Sistina, Vaticano, Roma. Foto di Jörg Bittner Unna, CC BY 3.0

Nella discussione del vostro lavoro evidenziate che resta ancora da chiarire se la capacità della bellezza di un’opera d’arte di attivare specifiche aree del cervello agisca come “priming” (ovvero, come una sorta di innesco) per la performance motoria successiva o se, al contrario, agisca in parallelo a quei processi cognitivi che hanno a che vedere con il livello di partecipazione emotiva. Alla luce delle conoscenze e della letteratura attuale, quale delle due alternative, secondo la sua opinione, potrebbe essere la più valida, e perché?

A noi interessava principalmente che l’approccio fosse efficace per la neuroriabilitazione del paziente colpito da ictus che doveva recuperare funzionalità al suo arto superiore e i nostri risultati sono stati promettenti rispetto a questo. Va certamente chiarito il meccanismo neurale con cui questo è avvenuto per rendere l’intervento ancora più efficace.

La letteratura scientifica ci svela sempre più che i meccanismi di percezione ed azione sono più interconnessi di quanto pensavamo in precedenza, quando si ipotizzava che prima si percepiva uno stimolo poi si interagiva con esso. Ora è noto che il modo in cui lo percepiamo dipende anche dall’interazione che vogliamo compiere con esso. Per questo motivo penso che nel nostro esperimento i processi cognitivi e quelli motori andassero insieme: se da una parte, infatti, l’opera d’arte veniva rivelata grazie al movimento, dall’altra era proprio movimento che avveniva per svelare l’opera d’arte.

Quanto peso pensa possa avere la sensibilità della persona verso l’arte affinché si osservi il cosiddetto “Effetto Michelangelo” che avete osservato nel vostro studio? In altre parole, lei pensa che osservereste gli stessi effetti in soggetti sperimentali non amanti dell’arte?

Questo è un aspetto che vorremmo studiare in futuro. Le prestazioni dei soggetti sono state generalmente migliori con l’arte, ma con alcune opere più note e di più immediata comprensione le prestazioni sono state migliori. Nei prossimi studi vorremmo caratterizzare i soggetti rispetto alla loro conoscenza dell’arte ed alla sensibilità che hanno verso essa, per poi provare anche altri “canali”, ovvero altri stimoli considerati belli, proprio per cercare delle alternative efficaci a dei pazienti che non dovessero essere responsivi agli stimoli artistici.

Vorremmo provare con immagini di paesaggi, di persone e magari anche dei familiari dei pazienti, per usare un diverso canale emotivo, sempre con un fine neuroriabilitativo.

Voi avete definito i risultati del vostro lavoro “Effetto Michelangelo” perché ha dei tratti comuni con il cosiddetto “Effetto Mozart”, identificato in seguito ad alcuni studi che hanno dimostrato come l’ascolto della Sonata di Mozart in Re maggiore migliori la performance comportamentali dei soggetti sperimentali (Hughes et al., 2001). Lei pensa che sia possibile combinare i due effetti per avere un miglioramento più rapido ed efficace o i due fenomeni coinvolgono processi cognitivi diversi?

Per i nostri pazienti con ictus, spesso anziani e taluni con eventuali problemi cognitivi, eviterei di stimolare troppi canali contemporaneamente, per non indurre il soggetto in confusione. Credo sia meglio far concentrare la loro attenzione su un unico stimolo.

Ciò che invece certamente potrebbe essere utile è un approccio “patient-tailored”, ovvero pensato su misura per il soggetto. Non è infatti detto che un approccio, sebbene efficace in generale, poi lo sia per tutti. Potrebbe essere utile scegliere un approccio piuttosto che un altro (musicale con l’effetto Mozart o artistico con l’effetto Michelangelo) a seconda del paziente che si ha davanti, vedendo a quale risponde meglio, quale lo motiva di più nel partecipare attivamente alla sua neuroriabilitazione. Infatti, una partecipazione attiva è un fattore prognostico favorevole al recupero cognitivo e motorio di questi pazienti.

Mozart, paricolare dal murale della Mozartstraße. Foto di Soenke Rahn, CC BY-SA 4.0

L’Effetto Michelangelo da voi riportato è stato testato con opere d’arte famose: i soggetti sottoposti alla vostra sperimentazione impiegano meno tratti e meno tempo nel completare l’opera rispetto alla condizione di controllo con stimoli non artistici. Ritenete che la conoscenza e la memoria relativa ai quadri proposti possano rappresentare un ruolo determinante in merito ai risultati da voi riportati, e quindi anche rispetto all’Effetto Michelangelo?

Nello specifico hanno tratti più precisi sulla tela, uscendo di meno fuori dalla tela virtuale. Sul tempo dipende, sicuramente sembrano percepire una fatica inferiore quando interagiscono con l’arte. Abbiamo utilizzato quadri celebri ed è probabile che i soggetti già li conoscessero, però non abbiamo notato differenze significative, ad esempio, tra opere italiane (di artisti come Michelangelo, Leonardo da Vinci, Caravaggio, etc.) ed opere straniere che potevano essere meno note (ad esempio fra gli stimoli presentati ai pazienti vi erano La grande onda di Kanagawa dell’artista giapponese Hokusai o La danza di Matisse). Ci sarà molto da lavorare nei prossimi studi per capire quali fattori entrano in gioco, soprattutto per migliorare il trattamento che abbiamo proposto rendendolo sempre più efficace per i nostri pazienti.

La grande onda di Kanagawa di Katsushika Hokusai. Immagine Art Institute of Chicago, CC0

Riferimenti bibliografici:

Coccagna, M., Avanzini, P., Portera, M., Vecchiato, G., Sironi, V., Salvi, F., … & Mazzacane, S. (2020). Neuroaesthetics of Art Vision: an Experimental Approach to the Sense of Beauty.

Di Dio, C., Ardizzi, M., Massaro, D., Di Cesare, G., Gilli, G., Marchetti, A., & Gallese, V. (2016). Human, nature, dynamism: the effects of content and movement perception on brain activations during the aesthetic judgment of representational paintings. Frontiers in human neuroscience, 9, 705.

Rauscher, F. H., Shaw, G. L., & Ky, C. N. (1993). Music and spatial task performance. Nature, 365(6447), 611-611.

Véron-Delor, L., Pinto, S., Eusebio, A., Azulay, J. P., Witjas, T., Velay, J. L., & Danna, J. (2020). Musical sonification improves motor control in Parkinson’s disease: a proof of concept with handwriting. Annals of the New York Academy of Sciences, 1465(1), 132-145.

Verrusio, W., Ettorre, E., Vicenzini, E., Vanacore, N., Cacciafesta, M., & Mecarelli, O. (2015). The Mozart effect: a quantitative EEG study. Consciousness and cognition, 35, 150-155.

Victorino, D. B., Scorza, C. A., Fiorini, A. C., Finsterer, J., & Scorza, F. A. (2020). “Mozart effect” for Parkinson’s disease: music as medicine. Neurological Sciences, 1-2.

Umiltà, M. A., Berchio, C., Sestito, M., Freedberg, D., & Gallese, V. (2012). Abstract art and cortical motor activation: an EEG study. Frontiers in human neuroscience, 6, 311.

Urgesi, C., Moro, V., Candidi, M., & Aglioti, S. M. (2006). Mapping implied body actions in the human motor system. Journal of Neuroscience, 26(30), 7942-7949.

Zeki, S. (2002). Neural Concept Formation & Art Dante, Michelangelo, Wagner Something, and indeed the ultimate thing, must be left over for the mind to do. Journal of Consciousness Studies, 9(3), 53-76.

Un cristallo che ospita un effetto domino tridimensionale

percolazione frattale cristallo
Osservazione in tempo reale della percolazione frattale in un cristallo ferroelettrico KTN utilizzando luce laser.

Un team di ricercatori del Dipartimento di Fisica dell’Università Sapienza e del Dipartimento di Fisica Applicata della Hebrew University of Jerusalem ha ripreso stereoscopicamente in tempo reale la percolazione frattale in un cristallo. La scoperta, pubblicata su Physical Review Letters, aiuta a comprendere il comportamento di materiali innovativi per l’immagazzinamento di informazioni ed energia.

La percolazione è alla base della comprensione di una vasta gamma di fenomeni di importanza critica e molto diversi tra di loro, come ad esempio il modo in cui si espandono gli incendi, la desertificazione, la diffusione di un’infezione, oppure la propagazione dell’attività cerebrale.

Questo modello permette non solo di comprendere diversi fenomeni (come sistemi) in modo qualitativo, ma anche di fare delle predizioni quantitative. Permette infatti di descrivere in modo statistico le connessioni a lunga distanza tra sistemi contenenti numerosi oggetti (collegati tra loro da relazioni aleatorie a corta distanza) e di definirne il comportamento.

Nei solidi, come i cristalli, si pensa che la percolazione sia il meccanismo di base che regola il passaggio da uno stato macroscopico a un altro, come una sorta di effetto domino. Finora questa è stata osservata in modo diretto in sistemi planari, ma mai all’interno di un mezzo tridimensionale.

Un team di ricercatori del Dipartimento di Fisica della Sapienza Università di Roma e del Dipartimento di Fisica Applicata della Hebrew University of Jerusalem è stato in grado di osservare, utilizzando tecniche di imaging ortografico con luce laser, fenomeni di percolazione all’interno di un supercristallo ferroelettrico

I risultati dello studio sono stati pubblicati sulla rivista Physical Review Letters.

Il cristallo trasparente utilizzato dai ricercatori ha proprietà fisiche molto specifiche: solo un indice di rifrazione gigante consentirebbe infatti al fascio di luce bianca di propagarsi al suo interno senza diffrazione e senza dispersione, senza quindi avere una progressiva perdita delle informazioni inizialmente codificate nell’onda. 

“Al centro della percolazione osservata – spiega Eugenio Del Re del Dipartimento di Fisica della Sapienza, coordinatore dello studio – c’è un comportamento governato da dimensioni frattali, caratterizzato cioè da oggetti che si ripetono allo stesso modo su diverse scale di ingrandimento, come la forma autoreplicante del cavolfiore. All’interno del supercristallo la diffusione avviene cioè in modo autosimilare”.

L’analisi condotta permette di prevedere quando un sistema specifico raggiungerà la cosiddetta soglia di percolazione, ovvero quando la trasmissione di una fase diventa diffusa e non più controllabile. I risultati dello studio aprono così nuovi scenari per l’immagazzinamento di informazioni e di energia nei campi della fotonica e dell’elettronica.

Riferimenti:

Direct Observation of Fractal-Dimensional Percolation in the 3D Cluster Dynamics of a Ferroelectric Supercrystal – Ludovica Falsi, Marco Aversa, Fabrizio Di Mei, Davide Pierangeli, FeiFei Xin, Aharon J. Agranat and Eugenio Del Re – Phys. Rev. Lett. 126, 037601 (2021) https://doi.org/10.1103/PhysRevLett.126.037601

Testo e immagine dal Settore Ufficio stampa e comunicazione Sapienza Università di Roma.

Mentire o dire la verità: il ruolo della dopamina nelle scelte di persone colpite da malattia di Parkinson
Un’analisi della rassegna scientifica pubblicata da NPJ Parkinson’s Disease, parte del gruppo Nature, ha valutato il ruolo della dopamina nella modulazione delle scelte morali di pazienti colpiti da malattia di Parkinson, in particolare sul mentire o dire la verità.

Parkinson dopamina
Foto di Pete Linforth

La malattia di Parkinson è un disturbo neurodegenerativo progressivo caratterizzato dalla perdita di neuroni dopaminergici nei gangli della base e nel circuito talamo-corticale, che provocano alterazioni nel controllo motorio. Una mole crescente di evidenze indica inoltre come i gangli della base sottendano anche funzioni di alto livello, come la cognizione, l’emozione e la motivazione.

Un gruppo di ricercatori coordinati da Salvatore Maria Aglioti, e che ha visto il coinvolgimento di Sapienza Università di Roma, Istituto Italiano di Tecnologia, Fondazione Santa Lucia IRCCS, ha pubblicato una rassegna della letteratura volta ad indagare la cognizione morale, e in particolare i processi decisionali di tipo morale, come il mentire o il dire la verità, in pazienti colpiti da malattia di Parkinson.

L’analisi della letteratura scientifica ha evidenziato la presenza di due diverse tendenze comportamentali: l’iper-onestà, ossia la minor propensione a mentire rispetto ai gruppi di controllo, anche quando la menzogna comportava un guadagno economico, e l’ipo-onestà, quindi la maggior propensione a mentire rispetto ai gruppi di controllo. In particolare, la tendenza a mentire si è rivelata essere spesso associata alle ulteriori diagnosi di disturbo del controllo degli impulsi e di sindrome da dis-regolazione dopaminergica.

“I pazienti che oltre alla malattia di Parkinson presentano un disturbo del controllo degli impulsi” spiega la dott.ssa Giorgia Ponsi, psicologa,  e prima autrice dello studio, “Mostrano una ridotta quantità di trasportatore della dopamina nello striato dorsale, che è la regione del cervello coinvolta negli aspetti motori e cognitivi delle decisioni. A questo si associa un maggior rilascio presinaptico di dopamina nello striato ventrale, ossia quella regione del cervello che fa parte del circuito della ricompensa ed è coinvolta negli aspetti motivazionali della decisione in risposta a ricompense esterne. Questo implica che, ad esempio, la prospettiva di una vincita economica abbia un valore motivazionale più elevato per una persona con malattia di Parkinson e disturbo del controllo degli impulsi.”

“Lo studio di questi comportamenti in persone con malattia di Parkinson, permette di comprendere attraverso le neuroscienze quella complessa catena di eventi che ci guidano nelle nostre scelte quotidiane” ha commentato Salvatore Maria Aglioti, “L’obiettivo ultimo è quello di riuscire ad individuare strategie terapeutiche che, attraverso l’utilizzo di farmaci o la neuroriabilitazione, possano aiutare a ripristinare l’equilibrio interrotto dalla patologia”.

Secondo gli autori dello studio, la principale ipotesi derivata da questa analisi, è che le disfunzioni a carico del sistema motivazionale, in particolare lo squilibrio dopaminergico tra striato dorsale e striato ventrale, possano aumentare o diminuire la salienza delle ricompense esterne(ad esempio, denaro o cibo) e spiegare, di conseguenza, entrambe le tendenze comportamentali (iper-onestà e ipo-onestà) riportate in letteratura.

Riferimenti:

Ponsi, G., Scattolin, M., Villa, R., Aglioti, S. M. Human moral decision-making through the lens of Parkinson’s disease. npj Parkinsons Dis. 7, 18 (2021). https://doi.org/10.1038/s41531-021-00167-w

 

Testo dal Settore Ufficio stampa e comunicazione Sapienza Università di Roma.

Quando le linci pardine popolavano l’Europa: dal Gargano nuove testimonianze sull’evoluzione di questi felini oggi a rischio di estinzione  

Un nuovo studio coordinato dal Dipartimento di Scienze della Terra della Sapienza e dall’Università di Perugia, con il contributo di altri enti e atenei internazionali, ha dimostrato per la prima volta che durante il Pleistocene la specie più diffusa nel nostro continente era la lince pardina. Questo singolare felino, dalla coda corta ma dalla lunga storia, oggi popola solo la penisola iberica ed è ad alto rischio di scomparsa. I risultati del lavoro sono stati pubblicati su Quaternary Science Reviews

La lince pardina (Lynx pardinus), che per sotto molti aspetti ricorda i suoi simili europei dalla coda corta, si distingue da questi ultimi per i caratteristici pennacchi sulle orecchie, i ciuffi sotto il mento e le macchie ben definite che spiccano sul pelo bruno-giallastro. Questo felino oggi vive soltanto in ristrette aree della penisola iberica ed è oggetto di numerosi progetti di conservazione e salvaguardia.

Un team di studiosi e paleontologi della Sapienza e dell’Università di Perugia, con il contributo di altri enti e università internazionali, ha ricostruito la storia evolutiva di questo predatore in nuovo studio pubblicato sulla rivista Quaternary Science Reviews. I risultati del lavoro hanno dimostrato come le linci pardine abbiano avuto una storia evolutiva distinta rispetto a quelle eurasiatiche, diffuse nella penisola italiana solo in tempi molto più recenti.

L’analisi dei numerosi fossili rinvenuti nel Gargano, in Puglia, ha permesso infatti ai ricercatori di comprendere come migliaia di anni fa, nel corso del Pleistocene, la lince pardina fosse diffusa in gran parte dell’Europa mediterranea, mentre l’attuale lince eurasiatica, Lynx lynx, fosse meno diffusa di quanto comunemente creduto finora.

Cranio della lince da Ingarano

“I fossili studiati, conservati presso il Dipartimento di Scienze della Terra del nostro Ateneo, rappresentano il più ricco campione di resti di crani, mandibole e denti attribuibili a linci pleistoceniche – spiega Raffaele Sardella della Sapienza. “Sebbene precedentemente attribuiti alla lince eurasiatica, rappresentano in realtà esemplari di lince pardina. Le nuove analisi hanno dimostrato infatti che questo felino era molto più diffuso migliaia di anni fa di quanto si sapesse, con una distribuzione geografica che includeva tutta l’Europa mediterranea”.

linci pardine
Cranio ricostruito digitalmente della lince da Ingarano

Un ruolo di primo piano nello studio lo hanno avuto le analisi tomografiche, eseguite da Dawid A. Iurino, dell’Università di Perugia e coordinatore dello studio, che hanno permesso ai ricercatori di restaurare, virtualmente e senza comprometterne lo stato, i crani garganici e di studiarne l’anatomia in dettaglio.

“La ricostruzione della massa corporea – aggiunge Beniamino Mecozzi della Sapienza – rivela come le linci pardine del passato fossero comunque in generale più grandi rispetto a quelle che oggi sopravvivono nella penisola iberica. La forte contrazione dell’areale e la drastica riduzione del numero di individui, oggi solo poche decine di esemplari, è una condizione raggiunta all’inizio del Novecento”.

Le attuali popolazioni iberiche quindi rappresentano gli ultimi eredi di una linea evolutiva di linci molto antiche. Lo studio aggiunge un ulteriore elemento a sostegno della protezione di un felino dalla coda corta, ma dalla lunga storia.

linci pardine
Ricostruzione delle linci pardine da Ingarano

Riferimenti:

The tale of a short-tailed cat: new outstanding Late Pleistocene fossil Lynx pardinus from southern Italy – Mecozzi B., Sardella R., Boscaini A., Cherin M., Costeur L., Madurell-Malapeira J., Pavia M., Profico A., Iurino D.A. (2021). Quaternary Science Reviews. DOI: 10.1016/j.quascirev.2021.106840

Testo, video e foto dal Settore Ufficio stampa e comunicazione Sapienza Università di Roma

Conversazioni crittografate: quando le leggi della fisica proteggono i dati sensibili

Un nuovo studio Sapienza, frutto della collaborazione tra due gruppi sperimentali del Dipartimento di Fisica, dimostra come, attraverso l’impiego di un nuovo tipo di emettitori di fotoni, i quantum dots, sia possibile garantire un ulteriore livello di sicurezza per i dati trasmessi in un canale di comunicazione, sia che si tratti di una conversazione telefonica che una transazione bancaria. La ricerca, pubblicata su Science Advances, ha previsto lo sviluppo sperimentale del primo canale di comunicazione quantistica tra due edifici all’interno del campus Sapienza.

Comunicare a distanza è diventata la regola nella vita di tutti i giorni sia per contattare privatamente amici o conoscenti, che per inviare dati sensibili, come ad esempio nelle transazioni bancarie.

Diventa quindi di fondamentale importanza creare un apparato di protezione che renda sicuro lo scambio di dati, salvaguardandoli da potenziali intrusi. Infatti gli attuali mezzi di comunicazione sono intrinsecamente vulnerabili e il loro livello di sicurezza dipende esclusivamente dalle capacità tecnologiche dell’intruso.

conversazioni crittografate fisica quantistica dati sensibili
Conversazioni crittografate: quando le leggi della fisica proteggono i dati sensibili, con lo sviluppo sperimentale del primo canale di comunicazione quantistica tra due edifici

Una soluzione a questo problema è stata individuata nella meccanica quantistica, che fornisce sistemi oggi conosciuti con la denominazione di “distribuzione a chiave quantistica”, in cui la sicurezza della comunicazione è garantita dalle leggi della fisica stessa: in una comunicazione crittografata, due utenti usano una chiave segreta per codificare un qualsiasi messaggio che diventa incomprensibile all’esterno. Questa chiave viene trasmessa, come suggerisce il nome, utilizzando segnali quantistici.

La sicurezza di tali protocolli è garantita dalla impossibilità di duplicare esattamente uno stato quantistico sconosciuto, una peculiare proprietà che rende visibile la presenza di un eventuale intruso nel canale di comunicazione. Nonostante questo tipo di soluzione sia già stata studiata e implementata sperimentalmente negli ultimi anni grazie all’aiuto delle tecnologie ottiche, una delle sfide più difficili da affrontare è quella di ottimizzare la generazione dei portatori di informazione quantistica per tale scopo, ovvero i singoli fotoni, e la loro peculiare proprietà di correlazione a distanza, l’entanglement quantistico.

Foto del gruppo Nanophotonics

Oggi un nuovo studio della Sapienza Università di Roma, frutto della collaborazione sinergica tra due gruppi sperimentali del Dipartimento di Fisica, il gruppo Nanophotonics coordinato da Rinaldo Trotta e il gruppo Quantum Lab coordinato da Fabio Sciarrino, dimostra come sia possibile garantire un ulteriore livello di sicurezza per i dati trasmessi in un canale di comunicazione attraverso l’impiego di un nuovo tipo di emettitori di fotoni, i quantum dots.

Foto del gruppo Quantum Lab

I quantum dots, o punti quantici, sono nanostrutture le cui dimensioni sono migliaia di volte più piccole di un capello umano ed è stato dimostrato che, sotto opportune condizioni, sono in grado di generare coppie di fotoni entangled di altissima qualità.

conversazioni crittografate fisica quantistica dati sensibili
Conversazioni crittografate: quando le leggi della fisica proteggono i dati sensibili, con lo sviluppo sperimentale del primo canale di comunicazione quantistica tra due edifici

Per raggiungere i risultati pubblicati sulla rivista Science Advances, i giovani ricercatori hanno realizzato il primo canale di comunicazione quantistica sviluppato all’interno del campus della Sapienza, un’infrastruttura per la distribuzione in aria di una chiave crittografata tra due strutture del Dipartimento di Fisica, l’edificio Marconi e l’edificio Fermi, distanti oltre 250 metri: il “mittente Marconi”, con un dispositivo a quantum dot, produce coppie di fotoni entangled, usate per creare a distanza due copie uniche di una chiave segreta e il “destinatario Fermi” che riceve una sequenza di fotoni singoli da cui estrae la sua copia della chiave segreta. Questa può essere utilizzata per inviare messaggi privati, come avviene nelle comuni conversazioni sul sistema di messaggistica WhatsApp.

Schema di network quantistico

La realizzazione di un tale canale in aria ha comportato la necessità di contrastare gli effetti ambientali di disallineamento. Difficoltà risolta con successo attraverso l’applicazione di un metodo di stabilizzazione attiva della luce.

“Uno degli aspetti più affascinanti di questo esperimento – commenta Francesco Basso Basset, assegnista di ricerca del gruppo Nanophotonics – è stata la realizzazione del sistema trasmissione-ricezione in aria tra i due edifici, cosa nuova per noi, abituati a portare avanti la ricerca solitamente nella stessa stanza di laboratorio”.

Conversazioni crittografate: quando le leggi della fisica proteggono i dati sensibili, con lo sviluppo sperimentale del primo canale di comunicazione quantistica tra due edifici

Durante l’esperimento, una coppia di singoli fotoni entangled è stata infatti separata e mandata alle due estremità del canale, permettendo così la condivisione di una chiave segreta grazie alla correlazione quantistica.

“In questo protocollo, è possibile condividere una stringa di bit, che forma la chiave segreta, sfruttando l’entanglement quantistico che è presente nei due singoli fotoni – spiega Mauro Valeri, dottorando del gruppo QuantumLab. “Un altro aspetto rilevante sta nel fatto che la meccanica quantistica ci fornisce gli strumenti per capire se ci sono eventuali intrusi nel canale: se un intruso vuole appropriarsi dei segnali inviati, possiamo immediatamente identificarlo misurando nei nostri laboratori l’avvenuta perdita dell’entanglement”.

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Conversazioni crittografate: quando le leggi della fisica proteggono i dati sensibili, con lo sviluppo sperimentale del primo canale di comunicazione quantistica tra due edifici

“La novità di questo studio – aggiunge Fabio Sciarrino – è costituita dall’introduzione dei punti quantici nel campo della comunicazione quantistica; infatti, a differenza delle soluzioni del passato, questi dispositivi non si basano su un processo fisico probabilistico e possono ambire a fornire fotoni “on demand”, fattore di rilevanza fondamentale per la realizzazione sperimentale di molti protocolli di comunicazione quantistica a distanza.”

conversazioni crittografate fisica quantistica dati sensibili
Conversazioni crittografate: quando le leggi della fisica proteggono i dati sensibili, con lo sviluppo sperimentale del primo canale di comunicazione quantistica tra due edifici

“Il quantum dot – conclude Rinaldo Trotta – ha tutti i requisiti per essere tra i più promettenti emettitori di segnali ottici nel campo della comunicazione quantistica, e questo esperimento dimostra che un suo utilizzo nei network quantistici del futuro è possibile. Siamo convinti che questa sia solamente la punta dell’iceberg e molte altre scoperte verranno fatte partendo da questo studio; il prossimo passo da fare sarà l’aumento della velocità di trasmissione, realizzando quantum dot con una efficienza di emissione sempre più alta. L’obiettivo è di condurre questa tecnologia ad una implementazione su scala globale.”

Conversazioni crittografate: quando le leggi della fisica proteggono i dati sensibili, con lo sviluppo sperimentale del primo canale di comunicazione quantistica tra due edifici

Riferimenti:

Quantum key distribution with entangled photons generated on-demand by a quantum dot – Francesco Basso Basset, Mauro Valeri, Emanuele Roccia, Valerio Muredda, Davide Poderini, Julia Neuwirth, Nicolò Spagnolo, Michele B. Rota, Gonzalo Carvacho, Fabio Sciarrino and Rinaldo Trotta – Science Advances (2021) DOI: 10.1126/sciadv.abe6379

Testo e foto dal Settore Ufficio stampa e comunicazione Sapienza Università di Roma

Uno studio della Sapienza mostra la capacità della realtà virtuale di suscitare, in zone del corpo cosiddette “proibite”, reazioni reali a tocchi virtuali

La ricerca, coordinata da Salvatore Maria Aglioti, è stata condotta su due gruppi di uomini e di donne con diverso orientamento sessuale valutando le reazioni indotte da una carezza virtuale da parte dei differenti gruppi

realtà virtuale reazioni
Foto di Gerd Altmann

 I ricercatori, coordinati da Salvatore Maria Aglioti (Sapienza Università di Roma, Istituto Italiano di Tecnologia, IRCCS Fondazione Santa Lucia) hanno utilizzato la realtà virtuale immersiva inducendo nei partecipanti la sensazione che il corpo virtuale che essi stavano osservando in prima persona fosse il proprio corpo. Una volta indotta questa sensazione, i partecipanti osservavano un avatar uomo e un avatar donna toccare il loro corpo virtuale in diversi punti, comprese le parti più intime, come la zona genitale (il tocco non veniva erogato sul corpo reale).

Dopo ogni carezza, il partecipante doveva valutare se il tocco fosse stato piacevole o spiacevole, quanto fosse stato erogeno, opportuno o attivante. In aggiunta alle sensazioni soggettive, veniva registrata la reattività fisiologica alla carezza virtuale, indice implicito e non controllabile di quanto il corpo reagisce a quello che sta esperendo.

Martina Fusaro e Matteo Lisi, autori principali dello studio affermano che: “I partecipanti riportavano l’illusione di incorporare l’avatar osservato in prima persona e quanto il tocco virtuale evocasse sensazioni simili a quelle suscitate da stimolazioni tattili nella vita reale.”

È emerso, infatti, che tutti i partecipanti riportavano come erogeno il tocco virtuale sulle zone intime, rispetto ai tocchi ricevuti sulle altre aree del corpo (zone più sociali, come la mano e zone più neutre, come il ginocchio). L’erogeneità veniva modulata in base al sesso dell’avatar che stava toccando: partecipanti eterosessuali trovavano più erogeno il tocco dell’avatar di sesso opposto, mentre i partecipanti gay e lesbiche quello dell’avatar dello stesso sesso.

Il tocco, inoltre, veniva considerato più appropriato per gli uomini eterosessuali quando proveniente dall’avatar donna, mentre per le donne eterosessuali non vi era differenza rispetto all’appropriatezza se proveniente da avatar donna o uomo. In modo speculare, gli uomini gay consideravano ugualmente appropriato il tocco di uomo e di donna, mentre per le donne lesbiche il tocco nelle zone intime era più appropriato quando proveniente da donna (mentre nelle aree più sociali e neutre non vi era differenza se a toccare era un uomo o una donna).

I risultati della reattività fisiologica (nello specifico, la conduttanza cutanea), indicavano che i tocchi sul corpo dei partecipanti inducevano sensazioni diverse: in particolare, il tocco proveniente dall’avatar donna induceva un innalzamento della reattività quando erogato sulle zone intime.

Matteo Lisi aggiunge: “Mentre la maggioranza degli studi presenti in letteratura si è focalizzata sulle differenze di sesso nelle reazioni ai tocchi, abbiamo voluto evidenziare che l’orientamento sessuale svolge un ruolo altrettanto rilevante e dovrebbe essere sempre preso in considerazione”.

 “I risultati di questo studio” conclude Fusaro “sono importanti poiché evidenziano come sia possibile, mediante la realtà virtuale immersiva, indurre sensazioni vicarie molto simili a quelle in indotte da situazioni della vita reale. Il paradigma sviluppato, e applicato per la prima volta in questo studio, potrebbe essere utile per indagare la sfera intima in alcune persone che per diversi motivi preferiscono non essere toccate (per esempio, alcune persone con disturbo dello spettro dell’autismo o persone che hanno subito violenze fisiche o sessuali)”.

Riferimenti:

Fusaro, M., Lisi, M.P., Tieri, G., Aglioti, S.M. Heterosexual, gay, and lesbian people’s reactivity to virtual caresses on their embodied avatars’ taboo zones. Sci Rep 11, 2221 (2021). https://www.nature.com/articles/s41598-021-81168-w

 

Testo dal Settore Ufficio stampa e comunicazione Sapienza Università di Roma sullo studio relativo alle reazioni reali determinate da tocchi nella realtà virtuale.

NeuroDante: un approccio innovativo e integrato allo studio della Divina Commedia
Uno studio neuroscientifico analizza il coinvolgimento emotivo e cognitivo nella lettura della Divina Commedia. La ricerca è il risultato della collaborazione interdisciplinare tra il Dipartimento di Medicina molecolare e il Dipartimento di Studi europei, americani e interculturali della Sapienza Università di Roma, assieme alla start-up BrainSigns dell’Ateneo

Dante, affresco (1499-1502) ad opera di Luca Signorelli, particolare tratto dalle Storie degli ultimi giorni, cappella di San Brizio, Duomo di Orvieto. Foto di Georges Jansoone (JoJan), CC BY-SA 3.0

Un nuovo studio, pubblicato sulla rivista Brain Sciences, ha analizzato attraverso specifiche modalità di indagine, l’attività cerebrale durante la lettura di passi della Divina Commedia.

Il lavoro è frutto della collaborazione scientifica tra i gruppi di ricerca dei dipartimenti di Medicina molecolare e di Studi europei, americani ed interculturali della Sapienza Università di Roma, guidati rispettivamente da Fabio Babiloni e Paolo Canettieri e in sinergia con la start-up BrainSigns dell’Ateneo.

Lo scopo peculiare dello studio è stato quello di valutare se soggetti esperti, ovvero studenti universitari di corsi umanistici, e non esperti, ovvero studenti universitari di materie scientifiche, mostrassero reazioni differenti in termini neurometrici in campo letterario. I risultati di questo studio interdisciplinare hanno mostrato un coinvolgimento cerebrale maggiore all’interno della popolazione di esperti e un coinvolgimento emozionale maggiore in quella di non esperti.

Inoltre i ricercatori hanno osservato una tendenza inconscia all’approccio della Divina Commedia, che risulta direttamente proporzionale allo sforzo cognitivo impiegato nell’ascolto e nella comprensione. I risultati hanno esteso le precedenti evidenze relative all’arte figurativa anche agli stimoli di poesia uditiva, suggerendo che nei lettori esperti si verifica, sia una attenuazione nella risposta emozionale specifica per competenza, sia un aumento dell’elaborazione cognitiva in risposta agli stimoli.

Il progetto, la cui realizzazione è durata diversi anni, ha previsto che i gruppi di ricerca svolgessero un periodo di attività presso la Biblioteca dell’Accademia dei Lincei. In questa occasione i risultati preliminari dello studio sono stati presentanti al Presidente della Repubblica Sergio Mattarella e all’allora Presidentessa della Camera Laura Boldrini.

Contestualmente alla pubblicazione dei primi risultati, il team di ricercatori ha già avviato i lavori per un progetto di ricerca denominato Neurodante 2.0, condotto da Giulia Cartocci e Simone Palmieri, ricercatori afferenti rispettivamente ai gruppi di Fabio Babiloni e Paolo Canettieri.

Il progetto, che ha l’obiettivo di valutare la risposta emozionale all’ascolto dei brani letti da voce femminile o maschile, si è avvalso della collaborazione dell’attrice Lucilla Giagnoni, attualmente presente sul piccolo schermo fino al 25 marzo su Rai5 con lettura e interpretazione dei 100 canti della Commedia.

Riferimenti:

NeuroDante: Poetry Mentally Engages More Experts but Moves More Non-Experts, and for Both the Cerebral Approach Tendency Goes Hand in Hand with the Cerebral Effort – Giulia Cartocci, Dario Rossi, Enrica Modica, Anton Giulio Maglione, Ana C. Martinez Levy, Patrizia Cherubino, Paolo Canettieri, Mariella Combi, Roberto Rea, Luca Gatti and Fabio Babiloni – Brain Sci. 2021 https://doi.org/10.3390/brainsci11030281

Testo dal Settore Ufficio stampa e comunicazione Sapienza Università di Roma