Ambiti e Metodologie di Ricerca

L’Unità di Ricerca si propone di investigare i processi neurofisiologici alla base delle interazioni complesse tra sistema nervoso umano e artefatti tecnologici. Oggi, sempre più spesso, l'uomo è parte integrante di un complesso binomio artificiale/biologico: esempi ne sono l’interazione con computer, TV e device portatili, con dispositivi automatici (robot e sensori indossabili) e, in senso lato, con strumenti meccanici e strumenti musicali. Questa reciprocità è ancora più evidente nella bionica, nell'interazione del paziente con gli ausili per le disabilità (es. uomo-protesi di mano) e nell’interazione del soggetto sano con dispositivi per il potenziamento delle sue normali capacità (“Human augmentation”).

In ambito neuroscientifico, ciò può stravolgere concetti ben noti come feedback sensoriale, controllo motorio, abilità cognitive, biomeccanica, apprendimento, recupero funzionale. L’Unità di Ricerca ha, quindi, come oggetto di studio non solo l’uomo in sé ma l’uomo odierno nell’era della confluenza con la tecnologia, sia nelle sue manifestazioni fisiologiche che in quelle patologiche. Inoltre, l’Unita’ di Ricerca si propone di investigare temi classici della neurofisiologia dei sistemi (ad esempio il controllo motorio o la costituzione della rappresentazione del corpo) utilizzando strumenti tipici dell’approccio neuroingegneristico come la modellazione, l’oggettivazione e l’automazione.

L’Unità è composta da medici, ingegneri, biologi, psicologi e filosofi. La sua costituzione multidisciplinare le permette di arrivare fino all’applicazione pratica sul soggetto sano e sul paziente.

Principali Linee di Ricerca

  • Neurofisiologia del sistema uomo/arto robotico
    - Costruzione della rappresentazione dell’arto superiore tramite processi di integrazione sensorimotoria; Integrazione nello schema corporeo (“embodiment”) della protesi, Plasticita’ nell’amputato di base e in seguito all’uso di protesi; studio degli stessi processi in soggetti sani che controllano arti robotici sovranumerari.
  • Elettrofisiologia del controllo della protesi e del feedback sensoriale
    - Studio dei correlati neurofisiologici del dolore da arto fantasma e delle possibili terapie basate sulla modulazione della plasticità cerebrale aberrante; studio della risposta da corpo estraneo verso elettrodi impiantabili intraneurali e della sua inibizione.
  • Modellazione del Controllo Motorio
    - Studio e modellazione delle strategie di controllo motorio nel bambino, nell’ adulto sano e nel paziente con malattie del sistema nervoso; modellazione dei processi di plasticità cerebrale e di interazione interemisferica; modellazione computazionale del recupero post ictus; modellazione dei sintomi motori del paziente con malattia di Parkinson.
  • Sviluppo di piattaforme automatizzate
    - TMS Robot-assistita: identificazione e mantenimento automatizzato del sito da stimolare.
    - PD Meter: valutazione automatica di tremore, rigidità e bradicinesia anche da remoto.
    - Piattaforme per la valutazione e l’induzione dell’embodiment della protesi, delle performance e dei loro correlati neurofisiologici.
  • Analisi dei Segnali Neurofisiologici
    - Analisi classica di ECG, EEG, EMG, MR, DTI, fMRI.
    - Algoritmi innovativi per l’analisi dei segnali biomedici (sparse signal processing, connettività, teoria dei grafi, …).
    - BCI e analisi del segnale per l’augmentation.
    - Piattaforme di Computer Vision per la valutazione delle performance di soggetti sani e pazienti in ambienti strutturati e non strutturati.
    - Sistemi di Computer Vision per la progettazione e sviluppo di interfacce Uomo-Macchina (HMI).
  • Sistemi immersivi di Realtà Virtuale e Aumentata
    - Sistemi di Realtà Virtuale e Aumentata per la progettazione e sviluppo di applicazioni varie con particolare attenzione a interfacce innovative Uomo-Macchina e BCI.
    - Generazione di sistemi di interazione Realtà Virtuale e di scene dinamiche con motori grafici.

Collaborazioni con Altri Centri di Ricerca

  • Scuola Superiore Sant'Anna, Pisa, Italy
  • Newcastle University, UK
  • Università degli Studi di Milano-Bicocca, Milano Italy
  • Ecole Polytechnique Fédérale de Lausanne, Switzerland
  • University College of London, UK
  • University of Oxford, UK
  • University of Tübingen, Germany
  • Harvard Medical School, Boston, USA
  • Imperial College of London, UK
  • Nanyang Technological University, Singapore
  • Massachusetts Institute of Technology, USA
  • McGill University, Montreal, Canada.
  • Centro Protesi Italian Workers’ Compensation Authority (INAIL) Vigorso di Budrio, Italy
  • Sahgrenska University Hospital (Goterburg, Sweden)
  • San Camillo Hospital IRCCS (Venice, Italy)
  • ISTC-CNR
  • University Clinics of Vienna
  • Sorbonne Université, France
  • Albert-Ludwigs-Universität Freiburg, Germany
  • Fundación Tecnalia Research & Innovation, Spain