Referente: Prof.ssa Antonella Maselli
Partecipanti: Prof. Antonino Casile, Dr. Daniele Borzelli (Dipartimento BIOMORF, UniME, Italia), Prof. Andrea d’Avella (Università di Tor Vergata, Roma, Italia), Dr. Marta Russo (Istituto di Scienze e Tecnologie della Cognizione, CNR, Roma, Italia).
Neurofisiologia del controllo motorio in contesti naturalistici “ricchi”
La linea di ricerca ha come obiettivo l’acquisizione di nuove conoscenze sull’organizzazione funzionale e sulle basi neurali dei comportamenti motori "embodied", ovvero situati in contesti ricchi di stimoli e di possibilità di interazione con altri agenti e con oggetti in movimento. In tali contesti percezione e processi decisionali rivestono un ruolo cruciale e sono in interazione reciproca con i processi di controllo e produzione del movimento.
Le attività di ricerca vertono su tre filoni interdipendenti. Il primo si concentra sullo studio dei meccanismi di integrazione multisensoriale che sono alla base della percezione del proprio corpo. Il secondo esplora i processi predittivi associati all'osservazione del movimento di (s)oggetti animati ed inanimati. Il terzo affronta lo studio della reciproca interazione fra abilità motorie, processi predittivi, e processi di pianificazione che caratterizza i comportamenti motori prodotti in contesti naturalistici. Particolare attenzione è posta sulle potenziali ricadute in campo diagnostico, terapeutico e riabilitativo.
L’attività di ricerca si articola su due fronti: lo sviluppo di modelli computazionali e la progettazione di setup sperimentali che permettono di registrare e quantificare comportamenti motori complessi. Gli apparati i utilizzati includono sistemi di cattura del movimento, sistemi virtuali che permettono lo svolgimento di compiti motori e di decisione su schermi 2D e/o in ambienti virtuali 3D immersivi, il tracciamento dei movimenti oculari e la misura dell’attività muscolare con elettromiografia.
Neurophysiology of motor behaviour in rich environment
The research line aims to acquire new knowledge on the functional organization and neural bases of “embodied” motor behaviors—that is, behaviors situated in contexts rich in stimuli and opportunities for interaction with other agents and with moving objects. In such contexts, perception and decision-making processes play a crucial role and interact reciprocally with the processes underpinning movement control and production.
The research activities focus on three interdependent areas. The first centers on studying the mechanisms of multisensory integration underlying the perception of one’s own body. The second explores predictive processes associated with observing the movement of animate and inanimate (s)objects. The third addresses the study of the reciprocal interaction among motor skills, predictive processes, and planning processes that characterize motor behaviors in naturalistic contexts. Particular attention is devoted to the potential applications in diagnostic, therapeutic, and rehabilitative fields.
The research activity is developed along two main directions: the creation of computational models and the design of experimental setups that allow the recording and quantification of complex motor behaviors. The apparatuses used include motion capture systems, virtual systems enabling motor and decision-making tasks on 2D screens and/or within immersive 3D virtual environments, eye-tracking systems, and the measurement of muscular activity through electromyography.
Progetti di ricerca finanziati in corso di cui il responsabile della linea di ricerca è anche responsabile scientifico del progetto
Titolo: “Gravity in the brain: integration of visual and internalized gravity information for the interception of looming stimuli”
Finanziatore: Ministero dell’Università e della Ricerca - PRIN: Progetti di Ricerca di Rilevante Interesse Nazionale – Bando 2022
Durata: Ottobre 2023 – Febbraio 2026
Referente: Prof. Antonino Casile
Partecipanti: Dott.ssa Valentina Dattola (Dipartimento BIOMORF, UniME, Italia).
Riabilitazione e teleriabilitazione motoria in realtà virtuale
Lo scopo di questa linea di ricerca è di fare leva sulle moderne tecniche di realtà virtuale e di connettività per sviluppare metodologie innovative atte a traslare nella pratica clinica risultati ottenuti nel campo del controllo motorio e della embodied cognition con la finalità da un lato ottimizzare il percorso riabilitativo e dall’altro spostarne una parte direttamente a casa del paziente.
L’attività si sviluppa in tre direzioni principali:
- lo sviluppo di sistemi in realtà virtuale immersiva contenenti “serious games” atti alla riabilitazione motoria di pazienti colpiti da ictus, Parkinson o altri disordini del movimento;
- la registrazione di dati fisiologici dal paziente (cinematica, elettromiografia, movimenti oculari, etc.) da cui ricavare indici quantitativi da fornire al terapeuta per valutare il grado di recupero motorio;
- test clinici per validare il nostro approccio.
Motor rehabilitation and telerehabilitation in virtual reality
The goal of this line of research is to leverage modern virtual reality and connectivity technologies to develop innovative methodologies that translate findings from the fields of motor control and embodied cognition into clinical practice. The aim is twofold: on one hand, to optimize the rehabilitation process, and on the other, to shift part of it directly to the patient’s home.
The work unfolds along three main directions:
- the development of immersive virtual reality systems containing serious games designed for motor rehabilitation of patients affected by stroke, Parkinson’s disease, or other movement disorders;
- the recording of physiological data from the patient (kinematics, electromyography, eye movements, etc.) to extract quantitative indices that can be provided to the therapist to assess the degree of motor recovery;
- clinical testing to validate our approach.
Progetti di ricerca finanziati in corso di cui il responsabile della linea di ricerca è anche responsabile scientifico del progetto
Titolo: “rete eHealth: AI e strumenti ICT innovativi orientati alla diagnostica digitale (rAIdD)”
Finanziatore: Ministero della Salute – Piano Sviluppo e Coesione Salute
Durata: Febbraio 2023 – Febbraio 2027
Titolo: “PiattafoRma multi-Sensore per la ValutazIone dello stato attentivo e dEl carico coGnitivo in terapie di riabiLitazione robotIca dell’arto superiOre in realtà mista (RISVEGLIO)”
Finanziatore: Ministero dell’Università e della Ricerca – Piano Nazionale per gli investimenti complemetari al PNRR
Durata: Giugno 2025 – Ottobre 2026
Referente: Prof. Antonino Casile
Partecipanti: Prof.ssa Antonella Maselli (Dipartimento BIOMORF, UniME, Italia).
Meccanismi comportamentali e neurofisiologici dell’interazione fra percezione e azione
L’obiettivo di questa linea di ricerca è utilizzare tecniche psicofisiche, teoriche, computazionali, di neuroimaging e neurofisiologiche per comprendere come funzionano i processi sensoriali e motori nel cervello dei primati e come interagiscono sia nella percezione di alto livello sia in quella di basso livello.
Per quanto riguarda la percezione di alto livello, indaghiamo i meccanismi neurofisiologici e cognitivi della percezione e produzione dell’azione, con particolare attenzione al decoding dei comportamenti motori e dei processi percettivi a partire da segnali fisiologici registrati in modo invasivo (ECoG) e non invasivo (EEG, fMRI).
Per la percezione di basso livello, utilizziamo metodi computazionali e teorici per chiarire il ruolo del comportamento oculomotorio nella codifica neuronale dell’informazione nelle prime fasi del sistema visivo.
Behavioral and neurophysiological mechanisms of the interaction between perception and action
The goal of this line of research is to use psychophysical, theoretical, computational, brain imaging and neurophysiological techniques to understand how sensory and motor processes in the primate brain work and how they interact both in high- and low-level perception.
In high-level perception we investigate the neurophysiological and cognitive mechanisms of action perception and production with an emphasis on decoding motor behaviors and perception from invasively (ECoG) and non-invasively (EEG, fMRI) recorded physiological signals.
In low-level perception, we use computational and theoretical methods to elucidate the role of oculomotor behavior in the neuronal encoding of information in the early stages of the visual system.