Neurofisiologia del sistema visuomotorio

L’obiettivo principale della nostra ricerca è di capire le basi neurali del comportamento visuomotorio, cioè dei meccanismi che ci mettono in condizione di percepire e interagire con gli oggetti che ci circondano. Per raggiungere tale obiettivo utilizziamo tecniche di registrazione neurale, tecniche neuroanatomiche, registrazioni comportamentali, stimolazione magnetica transcranica e analisi computazionali.

Ambiti di ricerca:

1) Neurofisiologia dei circuiti della corteccia parietale e frontale e modelli computazionali:

Studiamo le basi neurali della percezione, dell’azione e dell’integrazione sensorimotoria. Stiamo investigando come i parametri sensoriali e motori delle azioni di raggiungimento e presa e di navigazione sono codificati dall’attività di singoli neuroni e di popolazioni neuronali nelle aree cerebrali parietali, premotorie e motorie. Inoltre, sviluppiamo modelli computazionali correlando l’attività neurale e le azioni motorie, cercando possibili applicazioni nell’ambito della neuroprotesica.

2) Neuroanatomia funzionale dei circuiti neurali:

Nello studio delle regioni cerebrali sono praticamente sempre associate "struttura e funzione", cioè una specifica organizzazione anatomica delinea regioni con specifici ruoli funzionali. Partendo dall'analisi architettonica delle regioni di interesse e dall'individuazione dei circuiti nervosi in cui sono coinvolte si ottengono informazioni fondamentali per la comprensione del loro ruolo specifico. Si utilizzano tecniche istologiche su preparati di cervello abbinate a tecniche digitali di  ricostruzioni bi- e tri-dimensionali.

3) Psicofisica umana dell’azione e della percezione:

Nella nostra vita quotidiana, percepire raggiungere e afferrare oggetti rappresentano gli aspetti principali della nostra interazione con l’ambiente. Seguendo la prospettiva dell’esistenza di un meccanismo di “percezione modulata dall’azione” che migliora automaticamente le caratteristiche rilevanti dell’oggetto durante la preparazione di un’azione, applichiamo protocolli sperimentali in ambiente reale e virtuale che vogliono chiarire, da un punto di vista comportamentale, i meccanismi che sottendono l’interazione tra percezione e azione in partecipanti sani.  

4) Stimolazione magnetica transcranica:

Attraverso questa tecnica di neurostimolazione, cerchiamo di capire quali sono le funzioni specifiche di alcune regioni del cervello mentre interagiamo con oggetti. Conoscere il ruolo delle regioni cerebrali è molto utile per poter sviluppare e perfezionare protocolli riabilitativi in caso di perdita di funzioni, cosa che si verifica nei pazienti neurologici.

Progetti di ricerca in corso:

• Progetto PNC2024 (PNC0000007) - Spoke 2  Fit4MedRob - Interfacce Neurorobotiche Ibride per il Controllo e il Recupero della Funzionalità Motoria e Verbale (NeuroRobCoRe), PI: Prof. Patrizia Fattori

- Progetto PNC2024 (PNC0000007) - Spoke 3 - Fit4MEDROB Spoke 3 - Sistema innovativo per l'Analisi del Movimento e il Monitoraggio in Tempo Reale del Tremore (SMART-tremor), PI: Prof. Annalisa Bosco

- MSCA Doctoral Networks 2024, Perception of materials, objects and spaces through active EXPLORAtion, EXPLORA nr 101226908, PI: Prof. Annalisa Bosco

- HORIZON TMA MSCA Postdoctoral Fellowships - Global Fellowships, The somatotopic organization of proprioception: from bold activity to single neurons up to new rehabilitative tools,

ProprioMaps nr. 101207192,  PI: Dr. Elena Aggius Vella

- Space It Up project funded by the Italian Space Agency, ASI; the Ministry of University and Research, MUR, under contract n. 2024-5-E.0 - CUP n. I53D24000060005, Referente locale: Prof. Rossella Breveglieri

- PRIN2022 prot.2022BK2NPS. Title: "Multisensory integration of locomotion-related visual and somatomotor signals" (MulWalk prot. 2022BK2NPS), PI: Prof. Patrizia Fattori

- Partenariato Esteso, funded by PNRR. Titolo: "A multiscale integrated approach to the study of the nervous system in health and disease" (Mnesys PE0000006). PI: Prof. Patrizia Fattori

- HORIZON-MSCA-2021-SE-01-01 - MSCA Staff Exchanges 2021 GA nr. 101086206 PLACES. Titolo: “Plasticity of perception in real and virtual spaces”.  PI: Prof. Patrizia Fattori

Collaborazioni con laboratori dipartimentali:

• Centro di Anatomia Clinica Chirurgica Sperimentale e Molecolare del Dipartimento di Scienze Biomediche e Neuromotorie dell'Università di Bologna: il centro è stato di recente riconosciuto come Centro di riferimento nazionale per la conservazione e l'utilizzazione dei corpi dei defunti. Responsabile: Prof. Lucia Manzoli.

• Laboratorio RM funzionale, IRCCS Istituto delle Scienze Neurologiche di Bologna: Sviluppo ed applicazione di tecniche di neuroimaging avanzato (morfologico, microstrutturale, metabolico e funzionale per lo studio nell’uomo di processi fisiologici e di patologie sistema nervoso centrale e del muscolo scheletrico). Responsabile: Prof. Caterina Tonon.
• Laboratorio di simulazione di modelli fisiologici complessi nel dipartimento di Ingegneria dell’Energia Elettrica e dell’Informazione “Guglielmo Marconi”: Modellistica dell’integrazione neurosensoriale e di processi cognitivi con realizzazione di alcuni modelli matematici della corteccia visiva primaria e modelli che descrivono l'integrazione tra diverse modalità sensoriali (uditiva, visiva e tattile). Responsabili: Prof. Mauro Ursino, Prof. Elisa Magosso.

Collaborazioni con laboratori non dipartimentali:

• Working Group "Receptors" presso Institute of Neuroscience and Medicine (INM-1), Research Centre Jülich, Jülich (Germania): Studio delle basi molecolari del cervello attraverso la caratterizzazione dei neurotrasmettitori e dei loro recettori per conoscere la relazione struttura e funzione.  Responsabile: Prof. Nicola Palomero-Gallagher
• Program Neuroscience presso il Biomedicine Discovery Institute, Monash University, Melbourne (Australia): Studio delle funzioni fisiologiche del sistema nervoso e come esse cambiano in condizioni patologiche, al fine di sviluppare trattamenti terapeutici per il recupero delle funzioni perdute e prevenire la degenerazione.  Responsabile: Prof. Marcello Rosa
• University of Munster (Germania): Studio di come il sistema visivo controlla la navigazione e l’esplorazione, come i movimenti oculari e l’attenzione contribuiscono alla percezione visiva, e come noi percepiamo le azioni svolte da altri.  Responsabile: Prof. Markus Lappe.
• Università degli studi di Roma “Foro Italico” (Roma): studio del sistema visivo con tecniche di brain mapping e fMRI. Responsabile: Prof. Sabrina Pitzalis.
• ZEISS Vision lab (Tubingen, Germania): La ricerca e’ indirizzata a capire lo sviluppo della visione, dell’interazione della luce con gli occhi e le lenti degli occhiali, e l’analisi dell’immagine eseguita dal cervello in different situazioni. Responsabile: Prof. Siegfried Wahl.