Ricerca

Le attività di ricerca della sede di Messina di CNR-IRIB si focalizzano sull’esplorazione scientifica e tecnologica nell’ambito dei sistemi intelligenti per la salute, della neuroingegneria e della social robotics. Le metodologie proprie della bioingegneria, dell’informatica e delle neuroscienze, sono usate per sviluppare strumenti innovativi, modelli e nuovi approcci per indagare come il cervello elabora le informazioni sociali, emotive, motorie e cognitive, nonché  il  linguaggio  ed  il  comportamento. Gli studi sperimentali delle ricerche hanno lo scopo di migliorare le conoscenze sul substrato fisiologico e comportamentale relativo ai disturbi del neurosviluppo e ai deficit neurosensoriali, neuromotori, socio-emotivi e cognitivi. In particolare, la sede si occupa di esplorare l’uso delle tecnologie robotiche e dei serious games per la valutazione del processing socio-emotivo e la riabilitazione. Gli interventi basati sull’interazione uomo-macchina, sull’imitazione e sull’uso pragmatico della reciprocità sociale ed emotiva, hanno lo scopo di aiutare le persone con difficoltà socio-emotive ad imparare, identificare, interpretare ed utilizzare le informazioni emotive, estendendo le loro capacità di adattamento al contesto sociale.

La sede CNR-IRIB di Messina può sviluppare ed integrare nel territorio una nuova generazione di tecnologie, metodi e approcci terapeutici finalizzati a migliorare la conoscenza delle cause sottostanti e dei meccanismi biologici di disturbi del sistema nervoso, affrontarne il trattamento e gestirne la progressione. Il contributo potrà essere dedicato allo sviluppo di un progetto basato sullo sviluppo ed applicazione di nuove tecnologie avanzate e modelli di conoscenza del funzionamento del cervello finalizzati alla diagnosi, valutazione, cura e terapia di pazienti con disturbi del sistema nervoso centrale e disturbi dello sviluppo. In particolare, il progetto di CNR-IRIB di Messina mira a sviluppare nuove tecnologie, da introdurre in ospedali e punti di cura, per affrontare diverse categorie diagnostiche tra cui i disturbi del neurosviluppo e le malattie neurodegenerative. Saranno anche affrontati gli effetti sul sistema nervoso legati a compromissioni sensori-motorie ed all’invecchiamento. Tutte problematiche che portano ad enormi costi sociali ed economici.

CNR-IRIB a Messina riunendo scienziati provenienti da diversi campi (ingegneria biomedica, informatica e robotica, psicologia, medicina, neuro-psichiatria infantile, immunologia, biologia e biostatistica) può contribuire in modo significativo al potenziamento ed all’integrazione delle attuali infrastrutture, allo studio della natura multiforme e spesso sconosciuta di mente e cervello ed al trasferimento tecnologico nella nascente realtà industriale biomedica siciliana.

L’attuazione del progetto richiede l’integrazione di metodologie e metodi di ricerca tradizionalmente ortogonali. La sfida che affronterà la squadra CNR è quella di sviluppare nuovi strumenti tecnologici per integrare le indagini cerebrali su più scale, dal microscopico al macroscopico. Grazie alle tecnologie del CNR, la sfida sarà affrontata in modo sinergico su tre livelli:

• focus della ricerca: il progetto consentirà di esplorare la relazione tra profili molecolari, comunicazione, comportamento, cognizione e azione, sviluppando nuove tecniche per la raccolta di marcatori cruciali per identificare i meccanismi molecolari, cellulari e genetici legati alla funzione, disfunzione e differenze individuali del sistema nervoso centrale;
• metodologia di ricerca: il progetto promuoverà un’integrazione degli approcci di ricerca neurofisiologici, clinici e psico-computazionali;
• tecnologie a supporto della ricerca: il progetto svilupperà protocolli integrati e piattaforme multisensoriali avanzate per l’acquisizione, la raccolta e l’analisi di dati clinici e sperimentali standardizzati e per l’attuazione di modelli esplicativi migliori e protocolli diagnostici e terapeutici più efficaci. Sarà realizzata un’infrastruttura collaborativa su web per la raccolta di dati multimodali su larga scala e la loro integrazione/sincronizzazione ed analisi.

Il progetto CNR-IRIB è dedicato all’introduzione di tecnologie e modelli per la rilevazione di potenziali marcatori neurofisiologici, comportamentali e biologici in grado di supportare la diagnosi clinica, descrivere l’eterogeneità delle popolazioni affette da patologie cerebrali e identificare i predittori della risposta al trattamento. Il progetto intende promuovere e sviluppare un nuovo concetto nello studio e nel trattamento dei disturbi neurologici e dello sviluppo, che combina la raccolta controllata e l’estrazione di informazioni biologiche e prove cliniche multimodali, con la modellizzazione neuro-funzionale dinamica dei fattori causali attraverso l’applicazione di nuovi paradigmi sperimentali.

In particolare, è possibile riassumere le attività scientifiche in:

• Studio di biomarcatori per diagnosi precoce e valutazione neuro-funzionale. L’individuazione di marcatori biologici o altri indicatori neuro-psico-fisiologici specifici potrebbe supportare la diagnosi e la valutazione favorendo l’attuazione tempestiva di trattamenti e terapie. La ricerca sugli indici predittivi si indirizza verso lo studio dello sviluppo sensoriale e motorio, di indicatori neurofunzionali, nonché del pianto, quali prime espressioni del repertorio sociale precoce del bambino.
• Strategie di trattamento. I sistemi intelligenti ed i robot sociali possono essere utili strumenti per ottenere nuove informazioni rilevanti la diagnosi e la valutazione funzionale, oppure nuovi strumenti di abilitazione o possono costituire un aiuto ai familiari per acquisire ulteriori conoscenze sul disturbo e per l’applicazione di un approccio abilitativo a casa.

Lo sviluppo e la sperimentazione di nuove strategie e protocolli di trattamento e terapie basate su tecnologie digitali e informatiche e di interazione 3D costituiscono la nuova frontiera per intervenire concretamente per le neuro-fragilità dell’età evolutiva e sono già in corso di sperimentazione presso i laboratori HomeLab di IRIB-CNR a Messina.

La strategia di trattamento si basa su un modello misto composto da attività con serious games e robot umanoidi ed attività cognitivo-comportamentali, in ambienti reali e di realtà virtuale, e sullo studio della generalizzazione delle competenze in relazione agli effetti del trattamento che avvengono nel contesto del trattamento stesso, che possano portare miglioramenti misurabili sia in test standardizzati sia nelle capacità di interazione.

Presso CNR-IRIB a Messina un gruppo di famiglie ed i loro bambini affetti da disturbo dello spettro autistico sono attualmente in trattamento sperimentale denominato “Smart-Me – social-based method for adaptive rehabilitation treatment”.

Smart-Me ha due obiettivi principali:

1. il primo riguarda lo studio della risposta comportamentale e fisiologica attraverso un sistema ecologico di valutazione personalizzata neurofisiologica e comportamentale, che utilizza strumenti di misura ed analisi non invasivi integrati all’interno di una emulazione dell’ambiente domestico denominato HomeLab;
2. il secondo lo sviluppo e l’applicazione di programmi di intervento personalizzati basati sulla relazione e sull’interazione sociale tramite serious games, social robot ed attività cognitivo-comportamentali, finalizzati alla generalizzazione ed al trasferimento delle competenze in ambienti reali.

Alla luce delle recenti scoperte scientifiche, infatti, i serious games ed i robot, si prestano bene a motivare ed a rafforzare l’interpretazione del mondo fisico e stimolare nuove opportunità di applicazione delle conoscenze apprese in ambienti diversi, stimolare il trasferimento e la generalizzazione delle competenze.

Lo studio del sistema di riconoscimento e regolazione delle emozioni, dell’intersoggettività e della mente sociale, nonché della reciprocità sociale e dell’apprendimento per imitazione, ha l’obiettivo di fornire soluzioni tecnologiche per migliorare le tecniche di valutazione, di abilitazione e di riabilitazione. La sede si occupa di analisi neuromotoria e neurosensoriale, di bioingegneria dello sviluppo affettivo ed emotivo e delle interazioni sociali, nonché di sistemi mobili di valutazione remota e teleriabilitazione. Al fine di indagare sul legame fra misure comportamentali o neuro-psicologiche e scoperte neurofunzionali, la sede si occupa di allestire set-up sperimentali che prevedono misure di segnali fisiologici e comportamentali quali ECG, qEEG, risposta elettrodermica, temperatura periferica, cinematica e dinamica degli arti, postura, movimenti oculari e mira  visiva  attraverso  nuovi  sistemi e sensori non  invasivi ed indossabili, segnali audio/video e social robots. Sviluppo metodologie scientifiche e tecnologie per la promozione di un approccio di “continuità della cura”.

• La sede si occupa della realizzazione di sensori biomedici e micro-sistemi ergonomici portatili wireless non intrusivi ed indossabili, di modelli di sistemi fisiologici, di elaborazione intelligente del segnale e di tecniche di soft computing. SI combina il monitoraggio multi-parametrico e remoto dello stato di salute con il contesto sociale ed ambientale del paziente e con le evidenze cliniche sia per cercare di migliorare le capacità di predire, diagnosticare, trattare o gestire una condizione in modo efficiente che per realizzare sistemi di supporto alla decisione clinica. Le  attività scientifiche, didattiche e di trasferimento tecnologico sono direttamente o indirettamente connesse con l’attività clinica al fine di individuare, definire e sviluppare progetti scientifici innovativi di ricerca di base e trasferimento tecnologico nei settori della bioingegneria applicata alle neuroscienze ed ai disordini neurali in età evolutiva, allo sviluppo di metodologie di pervasive healthcare, a dispositivi diagnostici, trattamenti e salute pubblica, ed allo studio della fisiologia e patofisiologia, con particolare attenzione all’applicazione clinica di innovazioni tecnologiche diagnostiche e terapeutiche nei seguenti settori di interesse:
• disturbi dello spettro autistico;
• disturbi specifici dell’apprendimento;
• malattia cardiovascolare e polmonare;
• disordini neurologici e psichiatrici;
• disturbi del sistema sensoriale;
• disordini comportamentali, cognitivi e neurofisiologici.