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venerdì 21 luglio 2017

L'impronta della povertà sullo sviluppo del cervello. The imprint of poverty on the development of the brain.

L'impronta della povertà sullo sviluppo del cervello. Il procedimento del brevetto ENEA RM2012A000637 è molto utile in questa applicazione.The imprint of poverty on the development of the brain. The process of the ENEA RM2012A000637 patent is very useful in this application.


Segnalato dal Dott. Giuseppe Cotellessa / Reported by Dr. Giuseppe Cotellessa




Illustrazione dell'attività cerebrale in un bambino. / Illustration of brain activity in a child

Uno studio senza precedenti di imaging cerebrale effettuato sui bambini dei quartieri poveri del Bangladesh mostra gli effetti negativi della cattiva nutrizione e delle cattive condizioni igieniche sullo sviluppo cerebrale.

Alla fine degli anni sessanta, un gruppo di ricercatori aveva iniziato a distribuire un integratore nutrizionale alle famiglie con bambini piccoli nelle aree rurali del Guatemala. Gli scienziati volevano verificare l'ipotesi che un sufficiente apporto di proteine nei primi anni di vita potesse ridurre l'incidenza del ritardo nella crescita.

E così è stato. I bambini che avevano ricevuto il supplemento nutrizionale sono poi cresciuti di 1 o 2 centimetri in più rispetto al gruppo di controllo. Ma i vantaggi non si erano limitati a questo. I bambini che avevano ricevuto il supplemento nutrizionale hanno poi ottenuto punteggi più alti nei test di lettura e di conoscenza una volta diventati adolescenti. E quando i ricercatori sono tornati sul posto nei primi anni 2000, le donne che avevano ricevuto gli integratori nei primi tre anni di vita avevano completato più anni di scuola e gli uomini avevano redditi più alti.


"Se non ci fossero stati questi follow-up, probabilmente lo studio sarebbe stato in gran parte dimenticato", dice Reynaldo Martorell, specialista in nutrizione materna e infantile dell'Emory University di Atlanta, in Georgia, che ha effettuato gli studi di follow-up. Invece, sostiene, i risultati hanno portato alcune istituzioni finanziarie come la Banca mondiale a pensare ai primi interventi nutrizionali come investimenti a lungo termine sulla salute umana.

A partire dalla ricerca in Guatemala, studi in tutto il mondo - Brasile, Perù, Giamaica, Filippine, Kenya e Zimbabwe – hanno stabilito una correlazione tra una crescita limitata o ritardata in età infantile e più bassi punteggi nei test cognitivi e peggiori rendimenti scolastici.

Un quadro emerso lentamente è che essere troppo piccoli nei primi anni di vita è un segno 
di condizioni avverse – come una cattiva alimentazione o periodici attacchi di malattie diarroiche – e rappresenta un fattore predittivo di deficit intellettivi e di mortalità. Ma non sempre un ritardo nella crescita, che colpisce circa 160 milioni di bambini in tutto il mondo, è collegato con questi esiti negativi. Ora, i ricercatori stanno cercando di chiarire il legame tra crescita e sviluppo neurologico. La cattiva alimentazione è l'unica colpevole? Che dire della trascuratezza emotiva, delle malattie infettive o di altri problemi?

Shahria Hafiz Kakon è in prima linea per cercare di rispondere a queste domande nelle baraccopoli di Dacca, in Bangladesh, dove circa il 40 per cento dei bambini all'età di due anni ha un ritardo nella crescita. Come ufficiale medico del Centro Internazionale per la ricerca sulle malattie diarroiche del Bangladesh a Dacca, sta effettuando il primo studio di imaging cerebrale su bambini con disturbi della crescita. "Fare studi di imaging cerebrale è un concetto nuovo in Bangladesh", spiega Kakon.

La ricerca è innovativa anche sotto altri aspetti. Finanziata dalla Fondazione Bill & Melinda Gates di Seattle è uno dei primi studi ad analizzare come il cervello dei neonati e dei bambini nei paesi in via di sviluppo risponde alle avversità. E promette di fornire informazioni di base importanti su sviluppo infantile e abilità cognitive.

Kakon e colleghi hanno eseguito i testi di risonanza magnetica (MRI) su bambini di due e tre mesi di età, e in quelli con ritardo della crescita hanno identificato regioni cerebrali più piccole rispetto agli altri bambini. I ricercatori usano anche altri test, come l'elettroencefalografia (EEG).

"Potenzialmente, l'imaging cerebrale potrebbe essere molto utile per vedere che cosa avviene nel cervello di questi bambini”, sottolinea Benjamin Crookston, ricercatore della Brigham Young University a Provo, nello Utah, che in Perù e altri paesi a basso reddito ha effettuato studi in cui è emerso un legame tra ritardo nella crescita e battute d'arresto cognitive.

La lunga ombra dei problemi di crescita

Nel 2006, l'Organizzazione mondiale della Sanità (OMS) ha pubblicato un ampio studio in cui sono stati misurati altezze e pesi di bambini tra la nascita e l'età di cinque anni in Brasile, Ghana, India, Norvegia, Oman e Stati Uniti. I risultati hanno mostrato che i bambini sani e ben nutriti di tutto il mondo seguono traiettorie di crescita molto simili tra di loro, e hanno stabilito parametri di riferimento per la crescita atipica. Il ritardo nella crescita, ha deciso l'OMS, è definito come due deviazioni standard al di sotto dell'altezza media per una particolare età. Questa differenza può sembrare sottile. A 6 mesi di età, in una bambina verrebbe diagnosticato un ritardo della crescita se fosse lunga 61 centimetri, anche se si tratta di un valore di soli cinque centimetri più piccolo rispetto al valore mediano.

I valori di riferimento hanno permesso di aumentare l'attenzione sul ritardo della crescita. In molti paesi, oltre il 30 per cento dei bambini sotto i cinque anni soddisfa questi criteri; in Bangladesh, India, Guatemala e Nigeria oltre il 40 per cento. Nel 2012, un crescente consenso sugli effetti del ritardo nella crescita ha spinto l'OMS a impegnarsi a ridurre del 40 per cento entro il 2025 il numero di bambini sotto i cinque anni con ritardo della crescita.

I funzionari sono entrati in azione, tuttavia i ricercatori hanno capito che ci sono gravi lacune nei protocolli per identificare i problemi legati al ritardo della crescita. Molti studi sullo sviluppo del cervello si basano su test di memoria, linguaggio e altre funzioni cognitive, poco adatti ai bambini molto piccoli. "I bambini non hanno un grande repertorio comportamentale", dice Michael Georgieff, pediatra e psicologo infantile presso l'Università del Minnesota a Minneapolis. E se genitori e medici devono aspettare fino a che i bambini sono a scuola per notare eventuali differenze, probabilmente sarà troppo tardi per intervenire.

Ecco dove s'inserisce il lavoro di Kakon. Con 1,63 metri, non è molto alta per gli standard occidentali, ma nel piccolo edificio di appartamenti convertito in clinica di Dacca, dove lavora, sovrasta la maggior parte delle sue colleghe. Una mattina era con una madre che l'aveva chiamata nel cuore della notte: il figlio aveva la febbre. Prima di esaminare il bambino, Kakon aveva chiesto alla donna come stava la famiglia e come andava la scuola, come fa di solito. Molti genitori chiamano Kakon apa, una parola bengalese per sorella maggiore.

Circa cinque anni fa, la Fondazione Gates ha iniziato a interessarsi al monitoraggio dello sviluppo del cervello in bambini che vivono in condizioni difficili, in particolare con ritardo della crescita e cattiva alimentazione. La fondazione aveva studiato le risposte dei bambini ai vaccini presso la clinica di Kakon. L'alto tasso di ritardo della crescita, insieme con il forte legame del gruppo con i partecipanti, è stato decisivo.

Per far partire lo studio, la fondazione ha messo in collegamento il gruppo di Dacca con Charles Nelson, neuroscienziato del Boston Children's Hospital e della Harvard Medical School. Nelson aveva esperienza sia di imaging cerebrale sia di problemi dell'infanzia. Nel 2000, ha iniziato uno studio seguendo lo sviluppo del cervello dei bambini cresciuti nei duri orfanotrofi rumeni. Anche se nutriti e protetti, i bambini non avevano praticamente alcuno stimolo, contatto sociale o sostegno emotivo. Molti hanno avuto problemi cognitivi a lungo termine.

Il lavoro di Nelson ha rivelato che i cervelli degli orfani portano segni di abbandono. La risonanza magnetica ha dimostrato che all'età di otto anni avevano regioni di materia grigia e bianca, associate all'attenzione e al linguaggio, più piccole di quelle dei bambini cresciuti nelle loro famiglie biologiche. Alcuni bambini trasferiti dagli orfanotrofi a famiglie adottive hanno evitato alcuni deficit.

I bambini nello studio di Dacca hanno un'educazione diversa. Sono circondati da immagini, suoni ed estese famiglie che vivono tutte insieme, spesso in spazi ristretti. “È l'opposto di bambini che si trovano in una culla, a fissare il soffitto bianco per tutto il giorno", dice Nelson.

Ma i bambini del Bangladesh hanno a che fare con una nutrizione e servizi igienico-sanitari inadeguati. E i ricercatori non avevano mai analizzato l'impatto di queste condizioni sullo sviluppo del cervello. Ci sono studi d'imaging cerebrale su bambini che crescono in condizioni di povertà che, come il ritardo della crescita, potrebbero essere indicativi di una nutrizione inadeguata. Questi studi però sono stati effettuati soprattutto in aree ad alto reddito, come Stati Uniti, Europa e Australia. Ma per quanto siano poveri i bambini in queste aree, la maggior parte di loro dispone di cibi nutrienti, acqua pulita e impianti fognari, dice Nelson. Quelli dei quartieri poveri di Dacca vivono e giocano intorno ai canali di scolo dei liquami. "Ci sono molti più bambini come i bambini a Dacca in tutto il mondo," dice. "E non ne sapevamo nulla di loro a livello cerebrale".


I segni delle avversità

Nei primi mesi del 2015, il gruppo di Nelson e ricercatori del Bangladesh hanno trasformato l'umile clinica di Dacca in un laboratorio all'avanguardia. Per le loro apparecchiature EEG, hanno dovuto trovare una camera senza cavi nelle pareti e senza unità di aria condizionata, che possono interferire con la capacità dei dispositivi di rilevare l'attività del cervello.

I ricercatori hanno anche predisposto una camera per la spettroscopia funzionale nel vicino infrarosso (fNIRS), in cui i bambini indossano sulla testa una fascia di sensori che misura il flusso di sangue nel cervello. La tecnica dà informazioni sull'attività cerebrale simili a quelle che si possono ottenere dalla risonanza magnetica funzionale, ma non richiede una grande apparecchiatura e i bambini non devono restare immobili. La fNIRS è stata usata sui neonati a partire dalla fine degli anni novanta, e ora sta guadagnando popolarità nei contesti con poche risorse.

I ricercatori stanno anche usando la risonanza magnetica, in un ospedale vicino alla clinica. Finora, hanno sottoposto a scansioni 12 bambini di età compresa tra 2 o 3 mesi con ritardo della crescita. In modo simile agli orfani rumeni e ai bambini che crescono in condizioni di povertà nei paesi sviluppati, questi bambini hanno volumi di sostanza grigia più piccoli rispetto a un gruppo di 20 bambini senza ritardo della crescita. È angosciante vedere queste differenze in così giovane età, dice Nelson. Ed è difficile dire quali siano le regioni colpite in bambini così piccoli, ma il deficit di materia grigia era associato a punteggi peggiori nei test linguistici e di memoria visiva già a sei mesi di età.

Circa 130 bambini nello studio di Dacca sono stati sottoposti ai test fNIRS a 36 mesi di età, e i ricercatori hanno visto schemi di attività cerebrale distinti in quelli con ritardo della crescita e altri problemi. Più piccoli erano i bambini, più grande era la loro attività cerebrale in risposta a immagini e suoni e stimoli non-sociali, come i camion. I bambini più grandi rispondevano di più agli stimoli sociali, come i volti femminili. Questo potrebbe suggerire ritardi nel processo attraverso cui le regioni del cervello si specializzano su determinati compiti, spiega Nelson.

L'EEG ha rilevato una più intensa attività elettrica tra i bambini con ritardo della crescita, insieme a una gamma di onde cerebrali che riflettono la soluzione dei problemi e la comunicazione tra le regioni del cervello. È stata una sorpresa per i ricercatori, perché gli studi su orfani e bambini poveri in genere hanno trovato un'attività ridotta. La discordanza potrebbe essere legata ai diversi tipi di avversità che i bambini devono affrontare a Dacca, compresi l'insicurezza alimentare, le infezioni e gli alti tassi di madri con depressione.

Il gruppo di Nelson sta cercando di analizzare quali forme di avversità sembrano essere responsabili della maggior parte delle differenze di attività cerebrale tra i bambini di Dacca. I segnali elettrici più intensi nei test EEG sono strettamente legati agli incrementi di marcatori d'infiammazione nel sangue, che probabilmente riflettono una maggiore esposizione ad agenti patogeni intestinali.

Se venisse confermato via via che si testano più bambini, questo effetto potrebbe sottolineare l'importanza di migliorare i servizi igienico-sanitari e ridurre le infezioni gastrointestinali. Oppure la depressione materna potrebbe rivelarsi fortemente legata allo sviluppo del cervello: in questo caso aiutare le madri potrebbe essere cruciale quanto assicurarsi che i loro bambini abbiano una buona alimentazione. "Non sappiamo ancora la risposta", dice Nelson.

I partecipanti testati a 36 mesi hanno ormai 5 anni circa, e il gruppo si prepara prepara a effettuare alcune misurazioni di follow-up. Queste daranno un'idea del fatto che i bambini hanno continuato o meno sulla stessa traiettoria di sviluppo cerebrale, spiega Nelson. I ricercatori proporranno anche test d'intelligenza e di preparazione alla scuola per bambini di cinque anni in modo da valutare se le misurazioni precedenti erano predittive del rendimento scolastico.

Una migliore definizione di normalità

Una delle sfide di questi studi è che i ricercatori cercano ancora di capire come dovrebbe apparire il normale sviluppo del cervello. Pochi anni prima che iniziasse lo studio di Dacca, un gruppo di ricercatori britannici e del Gambia, finanziati dalla Fondazione Gates, si sono adoperati per effettuare test EEG e fNIRS sui bambini del Gambia rurale durante i primi due anni di vita.

In modo simile allo studio di Dacca, i ricercatori stanno analizzando il modo in cui lo sviluppo del cervello è legato a una serie di misure, tra cui nutrizione e interazione genitori-figli. Nel frattempo, stanno cercando di definire una traiettoria normale delle funzioni cerebrali per i bambini.

C'è una grande motivazione da parte della Fondazione Gates e dei National Institutes of Health degli Stati Uniti per arrivare a definire un modello del normale sviluppo del cervello, dice Daniel Marks, neuroscienziato dell'età evolutiva dell'Oregon Health & Science University di Portland, consulente della fondazione. “È solo un riflesso dell'urgenza del problema", dice.

Una delle speranze per lo studio di Dacca, e la motivazione del suo finanziamento, è che rivelerà schemi distinti nel cervello dei neonati che sono predittivi di scarsi risultati più avanti nella vita e che potrebbero essere usati per vedere se gli interventi stanno funzionando, dice Jeff Murray, vice direttore della sezione Discovery and Translational Sciences della Fondazione Gates.

Qualsiasi intervento di questo tipo probabilmente dovrà includere la nutrizione, dice Martorell. Lui e i suoi colleghi stanno effettuando un altro studio di follow-up sugli abitanti dei villaggi del Guatemala per vedere se quelli che hanno assunto integratori di proteine prima dell'età di sette anni hanno tassi più bassi di malattie cardiache e diabete 40 anni più tardi. Ma è improbabile che la nutrizione da sola sia sufficiente a prevenire il ritardo della crescita o a promuovere il normale sviluppo cognitivo, sottolinea Martorell. Finora, gli interventi nutrizionali di maggior successo hanno contribuito a superare circa un terzo del tipico deficit di altezza. E questi programmi possono essere molto costosi; nello studio guatemalteco, per esempio, i ricercatori hanno coinvolti centri specialistici per fornire gli integratori.

Nonostante ciò, i ricercatori stanno cercando di migliorare gli interventi. Un gruppo coinvolto nello studio del vaccino in Bangladesh sta progettando di testare gli integratori sulle donne incinte, nella speranza di aumentare il peso alla nascita dei bambini e di mantenere la crescita nei primi due cruciali anni di vita. Tahmeed Ahmed, senior director di nutrizione e servizi clinici presso il centro di ricerca sulle malattie diarroiche, sta progettando una sperimentazione di alimenti, come banane e ceci, per cercare di promuovere la crescita di batteri intestinali benefici nei bambini del Bangladesh di età compresa tra i 12 e i 18 mesi. Una flora batterica sana potrebbe rendere l'intestino meno vulnerabile alle infezioni che interferiscono con l'assorbimento dei nutrienti e fanno aumentare l'infiammazione nell'organismo.

In ultima analisi, non si tratta del fatto che i bambini abbiano un ritardo nella crescita o di come si presentano i loro cervelli. Si tratta delle vite di questi bambini via via che invecchiano. Studi come quello di Dacca si sforzano di determinare se gli interventi siano efficaci prima o poi. "Se si dovesse aspettare fino a quando i bambini hanno 25 anni per vedere se hanno un impiego, occorrerebbero 25 anni per completare ogni studio”, sottolinea Murray.

ENGLISH

An unprecedented brain imaging study on children in poor Bangladesh districts shows the adverse effects of bad nutrition and bad hygiene conditions on brain development.

In the late sixties, a group of researchers began distributing a nutritional supplement to families with small children in rural areas of Guatemala. Scientists wanted to test the hypothesis that a sufficient protein intake in early years could reduce the incidence of growth retardation.

And so it was. Children who had received the nutritional supplement then grew by 1 or 2 inches higher than the control group. But the benefits were not limited to this. Children who had received the nutritional supplement then gained higher scores in reading and knowledge tests once they became teenagers. And when the researchers came back to work in the early 2000s, women who had received supplements in their first three years of life had completed several years of school and men had higher incomes.


"If there were no follow-ups, the study would probably have been largely forgotten," says Reynaldo Martorell, a maternal and infant nutrition specialist at the Emory University in Atlanta, Georgia, who conducted follow- up. Instead, he argues, the results have led some financial institutions such as the World Bank to think of early nutrition interventions as long-term human health investments.

Starting from research in Guatemala, worldwide studies - Brazil, Peru, Jamaica, the Philippines, Kenya and Zimbabwe - have established a correlation between limited or delayed childhood growth and lower scores in cognitive testing and worse school output.

A slowly emerging picture is that being too young in the early years of life is a sign
Of adverse conditions - such as poor nutrition or periodic attacks of diarrheal disease - and is a predictor of intellectual and mortality deficits. But not always a delay in growth, affecting about 160 million children worldwide, is related to these negative outcomes. Now, researchers are trying to clarify the link between neurological growth and development. Is bad nutrition the only culprit? What about emotional neglect, infectious diseases, or other problems?

Shahria Hafiz Kakon is on the front line to try to answer these questions in the slums of Dhaka, Bangladesh, where about 40 percent of children at the age of two have a delay in growth. As a medical officer at the International Center for Diarrheal Disease Research in Bangladesh in Dhaka, he is carrying out the first brain imaging study of children with growth disorders. "Doing brain imaging studies is a new concept in Bangladesh," explains Kakon.

Research is also innovative in other respects. Funded by the Bill & Melinda Gates Foundation in Seattle is one of the first studies to analyze how the brain of babies and children in developing countries responds to adversity. It promises to provide important basic information on childhood development and cognitive abilities.

Kakon and colleagues performed magnetic resonance imaging (MRI) on children of two and three months of age, and those with growth retardation identified smaller brain regions than other children. Researchers also use other tests, such as electroencephalography (EEG).

"Potentially, brain imaging could be very helpful in seeing what's happening in the brain of these children," says Benjamin Crookston, a researcher at Brigham Young University in Provo, Utah, Peru and other low-income countries doing studies Where a link between growth retardation and cognitive stoppages emerged.

The long shadow of growth problems

In 2006, the World Health Organization (WHO) published a large study in which heights and weights of children were measured between the birth and the age of five years in Brazil, Ghana, India, Norway, Oman and the United States . The results have shown that healthy and well-fed children all over the world follow very similar growth trajectories and set benchmarks for atypical growth. The delay in growth, decided by WHO, is defined as two standard deviations below the average height for a particular age. This difference may seem subtle. At 6 months of age, a baby would be diagnosed with a delay in growth if it was 61 centimeters long, even if it was only five centimeters smaller than the median value.

The reference values have allowed increasing attention on the growth delay. In many countries, over 30 percent of children under the age of five meet these criteria; In Bangladesh, India, Guatemala and Nigeria over 40 percent. In 2012, growing consensus on the effects of growth delay prompted WHO to commit to reducing by 40 percent by 2025 the number of children under the age of five with a delay in growth.

Officials have come into action, however, researchers have found that there are serious gaps in protocols to identify growth-related issues. Many brain development studies are based on memory tests, language, and other cognitive functions, unsuitable for very young children. "Children do not have a great behavioral repertoire," says Michael Georgieff, pediatrician and child psychologist at the University of Minnesota in Minneapolis. And if parents and doctors have to wait until the kids are in school to notice any differences, it will probably be too late to intervene.

That's where Kakon's work is involved. With 1.63 meters, it is not very high for western standards, but in the small converted apartment building converted to a Dhaka clinic, where most of its colleagues work, overwhelms it. One morning she was with a mother who had called her in the middle of the night: her son had a fever. Before examining the child, Kakon had asked the woman how the family was and how she went to school, as she usually does. Many parents call Kakon father, a Bengali word for the older sister.

About five years ago, the Gates Foundation began to be interested in brain development monitoring in children who live in difficult conditions, particularly with delayed growth and poor nutrition. The foundation had studied children's responses to vaccines at Kakon Clinic. The high growth rate of growth, along with the strong linkage of the group with the participants, was decisive.

To start the study, the foundation linked the Dacca group with Charles Nelson, a neuroscientist at Boston Children's Hospital and Harvard Medical School. Nelson had both cerebral imaging and childhood problems. In 2000, he began a study following the development of the brain of children raised in the hard Roman orphanages. Although nourished and protected, children did not have virtually any stimulus, social contact, or emotional support. Many have long-term cognitive problems.

Nelson's work has revealed that orphan's brains bear signs of abandonment. Magnetic resonance imaging showed that at the age of eight there were areas of gray and white matter, associated with attention and language, smaller than those of children grown up in their biological families. Some children transferred from orphanage to adoptive families have avoided some deficits.

Children in the Dhaka study have a different education. They are surrounded by images, sounds, and extended families that live together, often in confined spaces. "It is the opposite of children who are in a cradle, staring at the white ceiling throughout the day," says Nelson.

But children in Bangladesh have to do with inadequate nutrition and sanitation. And the researchers had never analyzed the impact of these conditions on brain development. There are cerebral imaging studies on children growing up in poverty that, like growth retardation, may be indicative of inadequate nutrition. However, these studies have been carried out mainly in high-income areas such as the United States, Europe and Australia. But as children are poor in these areas, most of them have nutritious foods, clean water, and sewage systems, Nelson says. Those of the poor neighborhoods of Dhaka live and play around the drainage channels. "There are many more children like children in Dhaka around the world," he says. "And we did not know anything about them at the cerebral level."


The signs of adversity

In the early months of 2015, Nelson's group and Bangladeshi researchers transformed the humble Dacca clinic into a state-of-the-art laboratory. For their EEG equipment, they had to find a non-wired chamber in the walls and no air conditioning units that could interfere with the ability of devices to detect brain activity.

Researchers also set up a Functional Near Infrared Spectroscopy Room (fNIRS), where children wear a headband of sensors that measure blood flow to the brain. The technique gives information about brain activity similar to those that can be obtained from functional magnetic resonance imaging but does not require large equipment and children need not remain in motion. FNIRS has been used on babies since the late nineties, and is now gaining popularity in contexts with little resources.

Researchers are also using magnetic resonance imaging, in a hospital near the clinic. So far, 12 children have been scanned for 2 to 3 months of age with growth retardation. Similarly to Romanian orphans and children growing in poverty in developed countries, these children have smaller gray volumes than a group of 20 children without growth delay. It is distressing to see these differences so young, says Nelson. And it's hard to tell which regions are affected in such small children, but the gray matter deficit was associated with worse scores in language tests and visual memory at six months of age.

About 130 children in the Dacca study were subjected to fNIRS testing at 36 months of age, and researchers have seen distinct cerebral brain patterns in those with growth retardation and other problems. The smaller the children were, the greater their brain activity was in response to images and sounds and nonsocial stimuli, such as trucks. The older children responded more to social stimuli, such as female faces. This could suggest delays in the process through which brain regions specialize in certain tasks, Nelson explains.

EEG has found a more intensive electrical activity among children with growth retardation, along with a range of brain waves that reflect problem-solving and communication between brain regions. It was a surprise for researchers because studies on orphans and poor children have generally found a small activity. Discordance may be related to the different types of adversity that children face in Dhaka, including food insecurity, infections, and high rates of mothers with depression.

The Nelson Group is trying to analyze what forms of adversity seem to be responsible for most brain activity differences among Dacca's children. The most intense electrical signals in EEG tests are closely related to increases in blood inflammatory markers that are likely to reflect increased exposure to intestinal pathogens.

If confirmed once more children are tested, this effect could emphasize the importance of improving sanitation and reducing gastrointestinal infections. Or maternal depression might be strongly linked to brain development: in this case helping mothers could be crucial as to ensuring that their children have good nutrition. "We still do not know the answer," says Nelson.

Participants tested at 36 months have been around for about 5 years, and the group is preparing to prepare some follow-up measurements. These will give an idea that children have continued or not on the same trajectory of brain development, Nelson explains. Researchers will also offer intelligence tests and preparation for a five-year-old school to assess whether previous measurements were predictive of school performance.

Better definition of normality

One of the challenges of these studies is that researchers are still trying to figure out how normal brain development should look like. A few years before the Dacca study began, a group of British and Gambian researchers funded by the Gates Foundation made use of EEG and fNIR tests on children in the rural Gambia during the first two years of life.

Similarly to the study of Dhaka, researchers are analyzing how brain development is linked to a number of measures, including nutrition and parent-child interaction. Meanwhile, they are trying to define a normal trajectory of brain functions for children.

There is a great motivation from the Gates Foundation and the National Institutes of Health of the United States to come up to define a pattern of normal brain development, says Daniel Marks, a neuroscientist at the evolutionary age of Oregon Health & Science University in Portland , Foundation consultant. "It's just a reflection of the urgency of the problem," he says.


There is a great motivation from the Gates Foundation and the National Institutes of Health of the United States to come up to define a pattern of normal brain development, says Daniel Marks, a neuroscientist at the evolutionary age of Oregon Health & Science University in Portland , Foundation consultant. "It's just a reflection of the urgency of the problem," he says.

One of the hopes for the study of Dhaka and the motivation of its funding is that it will reveal distinct brain patterns in babies that are predictive of poorer outcomes in life and could be used to see if interventions are working, says Jeff Murray, deputy director of the Discovery and Translational Sciences section of the Gates Foundation.

Any kind of intervention probably will have to include nutrition, says Martorell. He and his colleagues are conducting another follow-up study on Guatemala villagers to see if those who have taken protein supplements before the age of seven have lower rates of heart disease and diabetes 40 years later. But it is unlikely that nutrition alone will be enough to prevent growth retardation or promote normal cognitive development, Martorell points out. So far, the most successful nutrition interventions have contributed to overcoming about a third of the typical height deficit. And these programs can be very expensive; In the Guatemalan study, for example, the researchers involved specialized centers to provide supplements.

Despite this, the researchers are trying to improve the interventions. A group involved in the vaccine study in Bangladesh is planning to test supplements on pregnant women, hoping to increase the birth weight of children and maintain growth in the first two crucial years of life. Tahmeed Ahmed, Senior Director of Nutrition and Clinical Services at the Diarrheal Disease Research Center, is planning a testing of foods such as bananas and chickpeas to try to promote the growth of beneficial bacterial bacteria in Bangladeshi children aged between 12 and 18 months. A healthy bacterial flora could make the intestine less vulnerable to infections that interfere with absorption of nutrients and increase inflammation in the body.

Ultimately, it is not the case that children have a delay in growth or how their brains are present. These are the lives of these children as they age. Studies like that of Dhaka strive to determine whether the interventions will be effective sooner or later. "If you have to wait until the kids are 25 years old to see if they have a job, it would take 25 years to complete each study," says Murray.

Da:


http://www.lescienze.it/news/2017/07/15/news/bambini_poveri_crescita_sviluppo_cervello-3603504/?ref=nl-Le-Scienze_21-07-2017

PROVA SPERIMENTALE DELL'ESISTENZA DELLA FORZA ROTAZIONALE INDOTTA, INTUITA PER PRIMO DAL DOTT. GIUSEPPE COTELLESSA. LA PROVA SI BASA SULL'ESISTENZA DI UN VALORE SEMPRE COSTANTE DELLO SPIN DEL PROTONE.

PROVA SPERIMENTALE DELL'ESISTENZA DELLA FORZA ROTAZIONALE INDOTTA, INTUITA PER PRIMO DAL DOTT. GIUSEPPE COTELLESSA. ESSA SUPERA I LIMITI DELLA FISICA DI NEWTON E DI QUELLA DI ESINSTEIN. LA PROVA SI BASA SULL'ESISTENZA DI UN VALORE SEMPRE COSTANTE DELLO SPIN DEL PROTONE. 

Dott. Giuseppe Cotellessa.




Modello semplificato di un protone, particella costituita da due quark up e un quark down, legati tra loro da gluoni.

Il valore sempre costante dello spin del protone potrebbe essere originato dall'esistenza della forza rotazionale indotta, intuita per primo dal Dott. Giuseppe Cotellessa,  Ciò comporterebbe un nuovo modello microscopico basato sull'esistenza di zone con materia ed antimateria confinate in regioni di dimensioni infinitesime.

I fisici cercano da anni di capire in che modo lo spin del protone è determinato dallo spin dei suoi componenti fondamentali - i quark - e da quello dei gluoni, che mediano l'interazione tra quark. Nuovi dati ottenuti con l'acceleratore RHIC del Brookhaven National Laboratory stanno ora portando i ricercatori vicino alla soluzione.
I protoni possiedono uno spin costante, che è una proprietà intrinseca delle particelle, come la massa o la carica elettrica. Eppure l'origine di questo spin rimane tutt'ora un mistero, al punto che nella comunità dei fisici si parla di “crisi dello spin del protone”. 

Inizialmente, si pensava che lo spin di un protone fosse semplicemente la somma degli spin dei tre quark che lo compongono. Ma un esperimento del 1987 ha mostrato che i quark rendono conto soltanto di una piccola porzione dello spin di un protone, sollevando così la domanda su come possa originarsi la parte restante. 

All'interno di un protone, i quark sono tenuti insieme da gluoni; così si è ipotizzato che anche questi possano contribuire allo spin. Questa idea è ora supportata da un paio di studi che hanno analizzato i risultati delle collisioni di protoni all'interno del Relativistic Heavy Ion Collider (RHIC) del Brookhaven National Laboratory di Upton, nello stato di New York. 

I fisici spesso paragonano lo spin alla rotazione di una particella se stessa, ma si tratta solo di una metafora: lo spin è una quantità quantistica che non può essere descritta in termini classici. Proprio come un protone in realtà non è una minuscola biglia ma piuttosto un coacervo di particelle fantasma che appaiono e scompaiono continuamente, il suo spin è una proprietà probabilistica complessa. E ha sempre il valore 1/2. 


Anche i quark hanno spin pari a 1/2. Originariamente, i fisici  ipotizzarono che due dei tre quark che costituiscono il protone avessero spin in direzioni opposte, annullandosi a vicenda. In questo modello, lo spin del protone sarebbe dovuto coincidere quindi con lo spin del terzo quark. “Questa era l'ingenua idea di 25 anni fa”, spiega Daniel de Florian dell'Università di Buenos Aires, primo autore di uno  
degli articoli pubblicati sulle “Physical Review Letters”. “Alla fine degli anni ottanta si riuscì a misurare il contributo dello spin dei quark allo spin del protone; la prima misurazione diede un risultato molto sorprendente: zero. Misurazioni successive hanno poi chiarito che i quark possono contribuire fino al 25 per cento allo spin totale del protone; ciò non toglie che la maggior parte rimanga senza spiegazione. 

All'interno dei protoni sono presenti anche i gluoni, che mediano l'interazione nucleare forte, una delle forze fondamentali della natura, che lega tra loro i quark. Ciascun gluone ha uno spin pari a 1, e può concorrere a costituire la parte mancante dello spin del protone, secondo la propria orientazione. Misurare il contributo di spin dei gluoni è un compito assai arduo: il RHIC è l'unico apparato sperimentale in grado di affrontare la questione, perché è l'unico acceleratore di particelle costruito per far collidere protoni con polarizzazione di spin: ciò significa che le particelle che collidono hanno tutte in comune lo stesso orientamento dello spin. (Presso il più potente Large Hadron Collider del CERN di Ginevra, gli spin delle particelle non sono allineati tra loro.) 

Quando due protoni collidono tra loro, la forza che entra in gioco è quella forte, e per questo i gluoni sono intimamente coinvolti. Dunque, se lo spin dei gluoni è un ingrediente importante per determinare lo spin del protone, lo spin dei protoni che collidono dovrebbe influenzare il risultato. I ricercatori si aspettano che le collisioni tra due protoni i cui spin sono allineati avvengano con una frequenza diversa da quella che caratterizza le collisioni di particelle con spin in direzioni opposte. E, secondo i dati recenti RHIC, una differenza c'è effettivamente. 

“Se non vi è alcuna orientamento privilegiato dello spin, la differenza sarà esattamente pari a zero”, sottolinea Juan Rojo fisico dell'Università di Oxford e membro della NNPDF, la collaborazione che ha firmato il secondo articolo, in via di pubblicazione sulla rivista “Nuclear Physics B”. “E poiché è diversa da zero, possiamo concludere che la distribuzione degli spin non è banale”. 

Il gruppo di Rojo ha calcolato che i gluoni probabilmente contribuiscono per circa la metà allo spin che i quark conferiscono al protone. De Florian i suoi colleghi hanno analizzato gli stessi dati ricavati dal RHIC, ma hanno usato un'analisi matematica di tipo diverso per calcolare il contributo dei gluoni, trovando anch'essi che lo spin dei gluoni deve contribuire in modo significativo. 

“Questi dati mostrano per la prima volta che la polarizzazione dei gluoni è in realtà diversa da zero: i gluoni sono polarizzati”, aggiunge de Florian. “In sostanza, potrebbero essere responsabili della parte mancante dello spin del protone, ma l'incertezza è molto grande”. 


Entrambi i gruppi sostengono che il loro lavoro è solo l'inizio della ricerca che dovrebbe portare a comprendere in che modo i gluoni influenzano lo spin dei protoni. Per avere la certezza, è necessario condurre un grande esperimento. Il candidato migliore, dicono, è un progetto di collider elettroni-ioni che potrebbe essere costruito presso il Brookhaven National Laboratory. Questa macchina potrebbe far collidere protoni polarizzati a energie superiori rispetto a quelle raggiunte dal RHIC, permettendo di chiarire quale sia il contributo allo spin del protone di gluoni di energia più elevata invece di quello dei gluoni di bassa energia. 

Se lo spin dei gluoni non è tale da rendere conto dello spin mancante del protone, una spiegazione alternativa potrebbe coinvolgere il momento angolare orbitale dei quark e dei gluoni all'interno del protone. Proprio come la Terra ruota intorno al proprio asse e orbita intorno al Sole, allo stesso modo quark e gluoni hanno, oltre al loro spin intrinseco, un momento angolare che deriva dal loro moto intorno al centro del protone. La questione, dice il fisico Robert Jaffe del Massachusetts Institute of Technology, che non ha partecipato alla ricerca, è quale possa essere il contributo di ciascuno di questi elementi allo spin totale. E aggiunge: “Misurare il contributo dei gluoni allo spin del protone è un passo importante per riuscire a rispondere a questa domanda”.

Risolvere la crisi dello spin del protone è un passo cruciale non solo per comprendere lo spin stesso, ma anche per capire quale sia l'origine della massa del protone e di molte altre particelle. Si sente ripetere spesso che il bosone di Higgs, recentemente scoperto, conferisce la massa a tutte le altre particelle. Questo è vero, ma non è tutta la verità, dice Rojo. Oltre al meccanismo di Higgs, un altro processo contribuisce a dare massa ai protoni. Questo processo è legato al confinamento, il meccanismo in virtù del quale i quark vengono sempre osservati all'interno di altre particelle, come i protoni, e mai da soli. Le dinamiche di confinamento coinvolgono anche la polarizzazione dello spin di quark e gluoni. 

“Comprendere il confinamento è uno dei problemi più importanti della fisica teorica moderna”, spiega Rojo. “quanto meglio capiamo la distribuzione della polarizzazione di quark e gluoni, tanto più ci avviciniamo alla comprensione del confinamento. Con i nostri dati, abbiamo il meccanismo di base per il confinamento e, in definitiva, l'origine della massa dei protoni”.


Da:

http://www.lescienze.it/news/2014/07/23/news/mistero_spin_protone_quark_gluoni-2222913/





PROVA SPERIMENTALE DELL'ESISTENZA DELLA FORZA ROTAZIONALE INDOTTA. LA PROVA SI BASA SULLA NUOVA MISURA DELLA MASSA DEL PROTONE

PROVA SPERIMENTALE DELL'ESISTENZA DELLA FORZA ROTAZIONALE INDOTTA, INTUITA PER PRIMO DAL DOTT. GIUSEPPE COTELLESSA. ESSA SUPERA I LIMITI DELLA FISICA DI NEWTON E DI QUELLA DI EINSTEIN. LA PROVA SI BASA SULLA NUOVA MISURA DELLA MASSA DEL PROTONE, CHE RISULTA PIU' PICCOLA DI QUELLA ATTUALMENTE ACCETTATA UFFICIALMENTE.

Dott. Giuseppe Cotellessa



Confronto tra la massa del protone e quella del 12C6+, cioè carbonio ionizzato sei volte.


L'esistenza della forza rotazionale indotta è causata dallo spostamento della massa tra materia ed antimateria,  in modo simile alla forza di Lorentz, dovuta all'esistenza dello spostamento della carica elettrica tra carica elettrica positiva e negativa.

Uno studio sperimentale ha ricavato una nuova stima della massa del protone, risultata più piccola del valore attualmente accettato dalla comunità scientifica. Il risultato potrebbe avere interessanti ricadute per lo studio delle asimmetrie tra materia e antimateria

Una nuova misurazione sul protone ha rilevato che la massa di questa particella, presente nel nucleo di tutti gli elementi chimici, è più piccola rispetto a quanto stimato finora. La scoperta, opera di Sven Sturm e colleghi del Max-Planck-Institut per la fisica nucleare a Heidelberg, in Germania, è stata pubblicata su su "Physical Review Letters".

In genere le misurazioni di precisione del protone sono effettuate con una trappola di Penning, un apparato sperimentale che combina campi elettrici e magnetici. Quando è posto in una trappola del genere, il protone oscilla avanti e indietro, trascinato dal campo elettrico, mentre segue un cammino a spirale attorno all'asse del campo magnetico. Proiettato su un piano ortogonale a quest'asse, il cammino è circolare, e gli strumenti possono rilevare la frequenza con cui il protone lo percorre, chiamata frequenza di ciclotrone, che dipende dal rapporto tra carica elettrica e massa del protone stesso.

Una volta ottenuto questo parametro, la stima della massa si ricava per confronto con uno ione di riferimento, ovvero una specie atomica elettricamente carica, di cui è nota la massa in termini di unità di massa atomica; quest'ultima è definita come un dodicesimo della massa dell'atomo di carbonio (in questo caso i ricercatori hanno usato il carbonio 12C6+, cioè ionizzato sei volte).

Oltre a questo apparato sperimentale di base, gli autori hanno introdotto alcuni accorgimenti per ridurre il rumore dovuto all'instabilità del campo elettrico e magnetico; hanno diminuito l'intervallo di tempo tra la misurazione del protone e quella dello ione, utilizzando sistemi d'immagazzinamento separati per ciascuna particella. Inoltre, hanno aumentato la sensibilità del sistema includendo rivelatori del moto separati per protoni 
e ioni.

Si è così arrivati a un risultato straordinario in termini di precisione: l'errore è stato ridotto a meno di 32 parti per mille miliardi, cioè stata ottenuta una misurazione tre volte più precisa rispetto alle misurazioni precedenti. Ma il risultato saliente è che il valore stimato per la massa del protone, trovato con differenti tipi di ioni, verificato mediante diversi controlli incrociati, è più basso per più di tre deviazioni standard dall’attuale valore CODATA (Committee on Data for Science and Technology): ciò significa in sostanza che la nuova stima è più piccola e ben lontana dal valore medio, accettato dalla comunità scientifica, ottenuto con diverse misurazioni.

Che cosa cambierà con la “perdita di peso” del protone? Le potenziali ricadute riguardano per esempio la comprensione di informazioni fondamentali sui costituenti della materia, come le possibili differenze tra l’idrogeno e la sua controparte di antimateria; una sua volta, un traguardo simile potrebbe essere cruciale per spiegare uno dei grandi misteri della fisica, e cioè per quale motivo nell’universo la materia ordinaria è infinitamente più abbondante dell’antimateria.

Da:

http://www.lescienze.it/news/2017/07/20/news/protone_massa_piccola-3608211/?ref=nl-Le-Scienze_21-07-2017


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