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Gli obiettivi principali del Centro di Neurofisiologia traslazionale del Linguaggio e della Comunicazione IIT@UNIFE sono due. Da un lato studiamo come il cervello costruisce le rappresentazioni per la comunicazione e il linguaggio. Dall’altro progettiamo e costruiamo nuovi sistemi di interfaccia con il cervello, concepiti specificamente per uso umano, per registrare e decodificare i segnali nervosi. Il centro focalizza parte delle sue attività sullo studio della comunicazione perché crediamo che nel caso di molte patologie che immobilizzano il paziente, per prima cosa sia importante il ripristino della capacità di comunicare con l’ambiente circostante.

Per raggiungere questo obiettivo studiamo come il cervello elabora e comprende le azioni comunicative degli altri allo scopo di decodificare in maniera efficiente i segnali nervosi correlati alle intenzioni comunicative. Applichiamo tecnologie innovative al problema del riconoscimento automatico del linguaggio e delle azioni (Speech and Communication Team) e progettiamo e realizziamo una nuova generazione di dispositivi cerebrali caratterizzati da ridotta invasività, migliore risoluzione e sensibilità, capaci di registrare e stimolare strutture nervose (Neurotechnologies Team).

In conclusione, ponendo una particolare attenzione sull’utilizzo di metodiche di neurofisiologia traslazionale (registrazione intracorticale, Micro-ECoG, fMRI, EEG, TMS), l’obiettivo della nostra ricerca è di accrescere la conoscenza sul funzionamento del cervello, per permettere lo sviluppo di interfacce uomo-computer di futura generazione. Le attività del gruppo spaziano dalla ricerca di base a quella applicata, attraverso tre principali linee di studio:

  • Progettazione e fabbricazione di interfacce neurali stabili e durature con un elevato rapporto segnale-rumore e alta risoluzione spazio-temporale;
  • Ricerca sui centri e circuiti cerebrali necessari alla produzione e alla comprensione delle azioni e del linguaggio;
  • Ricerca di metodi innovativi per il riconoscimento automatico del linguaggio a partire da segnali multimodali (ad es. audio e video).

Fondamentali per il nostro lavoro sono le collaborazioni con altri laboratori nazionali e internazionali e con l’Unità complessa di Neurochirurgia dell’ospedale di Udine con cui è in atto una specifica convenzione.

Laboratori

IIT@UniFe ospita moderni laboratori e attrezzature per la registrazione del movimento, la neurofisiologia, l’istologia, le colture cellulari, elettronica organica, elettrochimica, e per la caratterizzazione di materiali e apparecchiature.

  • Stimolazione magnetica transcranica neuronavigata, Elettroencefalografia ad alta densità, registrazione dei movimenti oculari, registrazione optoelettronica del movimento corporeo, articulografia elettromagnetica
  • Stimolazione e registrazione nervosa multicanale, anche wireless, microscopia a fluorescenza di neuroni, microtomia per sezioni istologiche, laboratorio per estrazione e coltivazione di cellule primarie.
  • Caratterizzazione elettrochimica, spettroscopia d’impedenza, caratterizzazione elettrica di materiali e dispositivi, microscopia a scansione di sonda, microscopia ottica ad alta risoluzione, angolo di contatto, profilometria.
  • Deposizione, patterning e caratterizzazione di materiali multifunzionali e dispositivi elettronici organici: sistema in alto vuoto con due camera per deposizione di metalli e organici per sublimazione; doppia glove box in atmosfera inerte per processi di deposizione di film sottili organici, con caratterizzazione elettrica; deposizione per immersione verticale; elettrodeposizione.

Linee di Ricerca

Gli obiettivi principali della linea di ricerca in Multiscale Brain Communication sono due. Da un lato studiamo come il cervello si costruisce delle rappresentazioni per la comunicazione e il linguaggio. Dall’altro progettiamo e costruiamo nuovi sistemi di interfaccia con il cervello, concepite specificamente per uso umano, per registrare e decodificare i segnali nervosi. La linea si focalizza sullo studio della comunicazione perché crediamo che nel caso di molte patologie che immobilizzano il paziente, per prima cosa sia importante il ripristino della capacità di comunicare con l’ambiente circostante.

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Collaborazioni

  • Translational Neurophysiology on Humans – Miran Skrap - Neurochirurgia, Ospedale di Udine
  • Ultraflexible electrode arrays - Guglielmo Fortunato – CNR-IMM – Roma
  • Polyimide Based Ultraconformable arrays- Thomas Stieglitz - Laboratory for Biomedical Microtechnology, Department of Microsystems Engineering - IMTEK, University of Freiburg, Germany-
  • Glassy carbon electrode arrays - Sam Kassegne - San Diego State University - USA
  • Marmoset motor cortex mapping – Atsushi Iriki – RIKEN Brain Science Institute – Saitama – Japan
  • Action perception and motor control - Thierry Pozzo – CTNSC@IIT and INSERM - U1093 Cognition, Action, and Sensorimotor Plasticity, Dijon, France
  • Motor intention understanding - Cristina Becchio – RBCS@IIT and Università di Torino, Italy
  • The shared syntax of action, music and language - Stefan Kölsch - University in Bergen, Norway
  • Computational investigation of action primitives - Yiannis Aloimonos - University of Maryland, USA
  • The syntax of action, objects affordances and language - Katerina Pastra - Cognitive Systems Research Institute and Institute for Language and Speech Processing, Athens, Greece
  • Object affordances in humans and robots - Jose Santos-Victor - Instituto Superior Técnico, Institute of Systems and Robotics, Lisboa, Portugal
  • The motor system in speech and language perception - Friedemann Pulvermüller - Institut für Deutsche und Niederländische Philologie, Berlin, Germany
  • Automatic speech recognition for robotics- Giorgio Metta – iCub@IIT>
  • Articulatory automatic speech recognition and acoustic inversion – Raman Arora – Center for Language and Speech Processing, Johns Hopkins University
  • Machine learning techniques for automatic speech recognition – Massimiliano Pontil –Computational and Statistical Learning, IIT
  • Automatic speech recognition for dysarthric speech – Frank Rudzicz – University of Toronto
  • Goal-directed sensorimotor coordination in group interaction - Andrea Gaggioli and Giuseppe Riva – Università Cattolica di Milano and IRCCS Istituto Auxologico Italiano, Milano, Italy
  • Sensorimotor signaling - Giovanni Pezzulo - Institute of Cognitive Sciences and Technologies (ISTC-CNR), Roma
  • Sensorimotor entrainment to musical ensembles - Gualtiero Volpe and Antonio Camurri – University of Genova
  • Complex social interaction in musical ensembles - Peter Keller - University of Western Sydney, Australia
  • Impedance spectroscopy and device characterization-Henrique L. Gomes- Electronic Engineering-Universidade do Algarve, Faro, Portugal.
  • Analysis of signals and molecular modelling- Francesco Zerbetto- Alma Mater Università di Bologna
  • Organic electronics biosensors – Carlo Augusto Bortolotti – Università di Modena e Reggio Emilia, Modena.