sistemi di elaborazione e bioinformatica

Ambiti e metodologie di ricerca

 

L’Unità di Ricerca di Sistemi di Elaborazione e Bioinformatica si occupa di analisi intelligente di dati, segnali, immagini e video con particolare riferimento alle applicazioni biomedicali. L’attività di ricerca si sofferma sull’uso e lo sviluppo di metodi e tecniche tipiche dell’elaborazione dei segnali, del machine learning e dell’analisi multi-parametrica per estrarre da dati, segnali, immagini e video informazioni utili all'utente finale. In particolare il laboratorio ha sviluppato competenze concernenti il filtraggio e l’estrazione di informazioni da segnali ed immagini, le metodiche di classificazione supervisionata e non, i sistemi Multi-Esperto, l’apprendimento su dati sbilanciati, la stima dell'affidabilità della classificazione del campione, l'integrazione dell'opzione di rigetto, gli strumenti di Computer-Aided-Diagnosis (CAD), l'analisi del comportamento umano ed applicazioni informatiche e di telemedicina per l'assistenza ai disabili e agli anziani. In questo ambito trova applicazione anche l’esperienza di alcuni componenti del gruppo di ricerca sul calcolo ad alte prestazioni e sulle reti di calcolatori, in particolare wireless. Questo consente da un lato di applicare metodologie e tecniche molto sofisticate, ma computazionalmente onerose su grandi quantità di dati, mantenendo i tempi di risposta in limiti più che accettabili per l’applicazione specifica, e dall’altro di fare riferimento ad architetture distribuite che consentono modalità di interazione con l'utente più flessibili e in grado di conseguire una piena usabilità dei risultati ottenuti in campo biomedico.

Più specificamente, le attività di ricerca hanno riguardato:

  • Metodi innovativi per la classificazione di dataset sbilanciati in grado di massimizzare le prestazioni sulle classi minoritarie senza compromettere le prestazioni complessive
  • Elaborazione di immagini di microscopia 3D di dimensioni che superano le centinaia di Gigabyte allo scopo di: migliorarne la qualità, consentirne una efficace visualizzazione, segmentare oggetti di interesse biologico, estrarre informazioni sintetiche di tipo quantitativo
  • Un sistema CAD per l’analisi automatica di immagini in Immunofluorescenza indiretta (IIF) su substrato HEP-2, sia per quanto riguarda la valutazione dell’intensità che il riconoscimento di pattern, e Critidia Lucilae; attualmente gli sforzi sono concentrati su: tecniche avanzate per la segmentazione di cellule, supporto alla classificazione di immagini IIF del substrato ANCA, riconoscimento di mitosi
  • L’estrazione automatica di informazioni da immagini e sequenza video. Attualmente gli sforzi sono concentrati su: classificazione di azioni e attività di soggetti sottoposti a monitoraggio e sull’analisi del passo di soggetti sottoposti a riabilitazione motoria
  • Algoritmi per l’identificazione di accoppiamenti funzionali tra diverse aree cerebrali o periferiche in paradigmi di analisi EEG-TMS. Le tecniche sviluppate affrontano il problema del filtraggio (rimozione di disturbi e rumore), dell’individuazione di feature, basate su tecniche tempo frequenza, e della classificazione dei segnali
  • Analisi di dati biologici con particolare riferimento a dati genomici estratti con tecniche di sequenziamento per la comprensione del ruolo che strutture di RNA di grandi dimensioni (long non-coding RNA) possono giocare in alcuni meccanismi di regolazione epigenetica
  • Analisi di dati fisiologici, quali ad esempio la frequenza cardiaca e la saturazione emoglobinica, per monitorare lo stato di saluto del paziente e predire l’insorgenza di deviazioni dalla normalità. Gli algoritmi in corso di sviluppo possono essere eseguiti su dispositivi mobili o su server dedicati. L’ambito di applicazione è il paziente affetto da broncopneumopatia cronica ostruttiva (BPCO).
 

Collaborazioni con altri centri di ricerca

 
  • European Laboratory for Non Linear Spectroscopy (LENS), Firenze
  • Henan University, Kaifeng, Cina
  • Università de Nice Sophia-Antipolis, Francia
  • CNRS, Sophia-Antipolis, Francia
  • Dipartimento di Automazione, Elettromagnetismo, Ingegneria dell'Informazione e Matematica Industriale, Università di Cassino
  • Dipartimento di Ingegneria Elettrica e dell´Informazione, Università dell’Aquila
  • Dipartimento di Fisica e Astronomia, Università di Firenze
  • Dipartimento di Informatica e Sistemistica, Università Federico II di Napoli
  • Istituto di analisi dei Sistemi ed Informatica “Antonio Ruberti” – CNR, Roma
  • Istituto per le Applicazioni del Calcolo – CNR, Roma
  • Laboratorio ITEM del Consorzio Interuniversitario Nazionale per l’Informatica (CINI), Napoli
  • CINECA (Bologna)
 

Laboratori

 

Laboratorio di Sistemi di Elaborazione e Bioinformatica

Il laboratorio di Sistemi di Elaborazione e Bioinformatica ospita attività di ricerca sull’analisi di dati, segnali e immagini con particolare riferimento alle applicazioni biomedicali. Gli ambiti caratterizzanti sono la progettazione e lo sviluppo di sistemi software, le metodologie per l’analisi di dati con l’ausilio del calcolatore, le metodologie di machine learning, la modellistica di sistemi deterministici e stocastici. Il laboratorio è dotato di 15 postazioni di lavoro e di sistemi di calcolo e di visualizzazione dei dati.