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Gli orologi biologici degli animali diurni e notturni differiscono nella loro struttura neurale.

10.09.2016

La manifestazione più ovvia dei ritmi biologici è l'alternanza di sonno e veglia: con l'avvicinarsi della notte, il nostro orologio interno ci ricorda che è ora di dormire, e al mattino, obbedendo allo stesso orologio, ci svegliamo. Tuttavia, ci sono animali che non dormono, anzi, al buio, e il giorno per loro è un momento di riposo, come per noi è notte. Com'è possibile che lo stesso sistema di ritmi circadiani sia in grado di impartire comandi opposti?

Il dettaglio principale nell'orologio interno è il cosiddetto nucleo soprachiasmatico o soprachiasmatico, un'area speciale nell'ipotalamo. Il nucleo soprachiasmatico genera ritmi circadiani, regola il livello degli ormoni da cui dipendono i cicli del sonno e della veglia e sincronizza il lavoro di tutti gli altri "dipartimenti dell'orologio" nei tessuti e negli organi.

Ovviamente, i nostri ritmi interni devono in qualche modo essere confrontati con ciò che sta accadendo all'esterno e il nucleo stesso riceve informazioni sul fatto che sia giorno o notte dalle cellule gangliari retiniche fotosensibili. Si differenziano dalle altre cellule gangliari proprio per il fatto che possono sentirsi leggere e principalmente nella regione blu dello spettro. Ricordiamo che le cellule fotosensibili nella retina sono bastoncelli e coni e le cellule gangliari conducono il segnale proveniente da esse. Ma le cellule gangliari fotosensibili si sono rivelate speciali: come abbiamo appena detto, possono percepire la luce da sole e sono collegate al nucleo soprachiasmatico. Si ritiene che sia con il loro aiuto che il nucleo sia orientato nell'ora del giorno.

In precedenza si credeva che le differenze nel sistema dell'orologio biologico iniziassero dopo il nucleo soprachiasmatico - presumibilmente dopo di esso c'è un certo interruttore che, dopo aver ricevuto un segnale dal nucleo, lo interpreta in modo diverso negli animali diurni e notturni: l'impulso notturno si trasforma in un comando per "dormire" di giorno e nel comando "non dormire" di notte. Tuttavia, un tale interruttore, che sarebbe dopo il nucleo soprachiasmatico, non è mai stato trovato, apparentemente perché in realtà si trova di fronte ad esso.

Qun-Yong Zhou e i suoi colleghi dell'Università della California a Irvine scrivono in un articolo su Molecular Brain che il ruolo decisivo qui spetta alle stesse cellule gangliari retiniche fotosensibili, di cui tutti pensavano che il loro compito fosse solo quello di trasmettere informazioni nel nucleo . Confrontando il modo in cui funzionano i meccanismi neurali che controllano il sonno e la veglia nelle scimmie e nei topi, i ricercatori hanno notato due centri dell'orologio in competizione nel cervello di entrambi.

Nei topi, il segnale "mattina" delle cellule retiniche (che, ricordiamo, sono particolarmente sensibili alla luce blu) va al nucleo soprachiasmatico, dove si trasforma nel comando "sonno". Ma le cellule dei fotorecettori nella retina non sono solo collegate al nucleo, ma inviano anche un segnale a una struttura mesencefalo chiamata collicolo superiore e, nelle scimmie, i segnali "rinvigorenti" del collicolo superiore prevalgono sugli impulsi carotidei del nucleo soprachiasmatico.

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Amplificatore acustico efficiente in miniatura 25.07.2021

Gli scienziati dei Sandia National Laboratories hanno creato quello che può essere definito l'amplificatore acustico più piccolo ed efficiente al mondo. Questo amplificatore si basa su principi sviluppati circa cinquant'anni fa, ma gli ultimi progressi nell'elettronica e nella nanoproduzione hanno permesso di ridurre drasticamente le dimensioni e aumentare l'efficienza del dispositivo di oltre 10 volte.

Gli amplificatori di segnale radio sono oggi utilizzati in quasi tutti i dispositivi, sia che si tratti di un telefono cellulare o di un bollitore elettrico con la possibilità di accedere a Internet. Ora gli amplificatori tradizionali vengono utilizzati per amplificare i segnali radio, ma per molto tempo c'è stata l'idea che invece di un flusso di elettroni si potessero utilizzare onde acustiche ad alta frequenza.

I primi amplificatori acustici di segnali radio sono apparsi negli anni '70 del secolo scorso. Si trattava di dispositivi relativamente grandi, la cui area dei chip raggiungeva un centimetro quadrato, il loro funzionamento richiedeva un potenziale elettrico elevato dell'ordine di 2mila volt e durante il funzionamento generavano una grande quantità di calore, che negativamente influiva sulla quantità di energia consumata, che era di 500 mW.

Il nuovo amplificatore acustico è un amplificatore a 276 MHz. Nella sua fabbricazione è stato utilizzato uno strato di materiale semiconduttore, arseniuro di gallio-indio, con uno spessore di soli 83 atomi, e uno strato di materiale piezoelettrico di spessore paragonabile, niobato di litio. Di conseguenza, l'intera struttura dell'amplificatore si inserisce in un'area di 0.5 millimetri quadrati, funziona a una tensione di 36 volt e consuma solo 20 mW di energia. Allo stesso tempo, il nuovo amplificatore fornisce un guadagno del segnale radio 100 volte superiore rispetto a dispositivi simili delle generazioni precedenti.

Un amplificatore simile operante nella banda 2 GHz, attualmente utilizzato nelle comunicazioni cellulari, avrà dimensioni ancora più ridotte, sarà in grado di adattarsi a un'area di 0.02 millimetri quadrati, che è circa 10 volte più piccola di quella moderna esistente soluzioni.

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