Argomenti di tesi
1) Organizzazione visuotopica, somatotopica, somatomotoria: distribuzione spaziale dei neuroni della corteccia parietale posteriore dei primati sottoposti a stimolazioni visive, somatiche e motorie. Organizzazione anatomicamente o funzionalmente ordinata? 2) Integrazione visuo-motoria nella corteccia parietale posteriore: controllo visivo dell'atto di prensione con tecniche di registrazione extracellulare. Effetto sull'attività bioelettrica della localizzazione spaziale del bersaglio, dei movimenti oculari e degli arti per raggiungerlo. 3) Raggiungere un oggetto nello spazio: codifica dei movimenti di raggiungimento e manipolazione e ruolo della corteccia parietale posteriore nel circuito parieto-frontale per la codifica dei movimenti e la correzione on-line degli stessi. 4) L'elaborazione digitale a supporto della scienza di base: ricostruzioni 2D e 3D di cervelli e programmazione di modelli di simulazione dell'attività neurale e dei circuiti implicati nell'integrazione visuo-motoria.
1) Visuotopic, somatotopic and somatomotor organization: spatial distribution of neurons of posterior parietal cortex of non-human primates under visual, somatic and motor stimulations. Is it a distribution anatomically or functionally organized?
2) Visuo-motor integration in posterior parietal cortex: visual control of grasp action with extracellular recording techniques. Effect on the neuronal discharge of the spatial localization of the target, of ocular and limb movements.
3) Reach an object in the space: reach movement encoding, manipulation and role of posterior parietal cortex in the parieto-frontal circuits for movements encoding and on-line correction of the movements.
4) Digital processing in support of basic research: 2D and 3D reconstructions of brains and programming and simulation models of neural circuits involved in visuo-motor integration.
Temi estesi
Extended Research:
1) Studio della rappresentazione visiva, somatica e motoria nella corteccia parietale posteriore dei primati. Dallo studio dell'attività bioelettrica dei neuroni della corteccia parietale posteriore (PPc) dei primati, mediante registrazioni microelettrodiche, si è valutata la distribuzione spaziale dei neuroni studiati su mappe bidimensionali del cervello. Scopo della ricerca è quello di vedere se esistono o meno delle distribuzioni ordinate (anatomiche e/o funzionali) dei neuroni sulla base delle loro specifiche proprietà funzionali al fine di interpretare il possibile ruolo dei diversi clusters di cellule, e quindi delle aree corticali che li contengono.
1) Study of visual, somatic and motor representation in the posterior parietal cortex of non-human primates. Starting from the study of the bioelectric activity of neurons of the posterior parietal cortex (PPC) of non-human primates, using microelectrodic recordings, it is evaluated the spatial distribution of neurons studied on two-dimensional brain map. The aim of the research is to check the existence of ordered distributions (anatomic and/or functional) of neurons on the basis of their specific functional properties in order to verify the possible role of different clusters of cells and then of the cortical areas in which are located.
2) Integrazione visuo-motoria nella corteccia parietale posteriore. Lo studio riguarda alcune aree della PPc quali l'area V6A e PEc. Scopo della ricerca è valutare quanto e in che modo questa regione cerebrale sia coinvolta nel controllo visuo-motorio dei movimenti degli arti superiori tesi a raggiungere un oggetto nello spazio peripersonale. Le indagini vengono eseguite mediante registrazioni microelettrodiche dell'attività bioelettrica di singoli neuroni. Durante le sedute sperimentali vengono eseguite stimolazioni visive e somatosensoriali, si valuta la modulazione dell'attività neuronale da parte dell'attività oculomotoria e motoria degli arti superiori, e infine si verifica l'influenza che può avere una diversa localizzazione spaziale dell'oggetto da raggiungere.
2) Visuo-motor integration in posterior parietal cortex. The study regards some areas of the PPC: area V6A and PEc. The aim of this study is to evaluate how this cortical region is involved in the visuo-motor control of superior limb movements to reach an object in peripersonal space. Microelectrodic recordings of bioelectric activity of single cell are executed. During experimental sessions visual and somatosensory stimulations are performed, the modulation of neuronal activity by oculomotor activity and superior limb motor activity, and the influence of different spatial localizations of the reach target are evaluated on the neural activity.
3) Raggiungere un oggetto nelle spazio peripersonale L'attività bioelettrica neurale delle aree della PPc è fortemente modulata da diversi tipi di movimenti finalizzati al raggiungimento e alla manipolazione di oggetti nello spazio peripersonale. Diversa è per esempio la frequenza di scarica neurale conseguente il raggiungimento e/o la manipolazione di oggetti "interessanti" (cibo) o "non interessanti" (pinza), o di oggetti con una certa forma e dimensione e quindi da come questi vengono manipolati (tipo di apertura della mano o rotazione di alcune specifiche articolazioni). Allo studio funzionale segue anche lo studio anatomico con cui si individua il circuito corticale in cui la PPc risulta coinvolta. Vengono quindi eseguite iniezioni di traccianti neuronali nelle aree corticali studiate al fine di individuare le connessioni corticali e di chiarire i circuiti cortico-corticali di coordinamento dei gesti di prensione.
3) Reaching an object in the peripersonal space. Bioelectric neural activity of PPC areas is strongly modulated by different type of movements finalized to reach and grasp objects in the peripersonal space. For example, the neural firing rate consequent reaching and/or grasping of “interesting” object (food) is different with respect a “not interesting” object (pliers). Again, reach and/or grasp objects with a certain shape and dimension requires a different way of grasping (type of opening of hand or rotation of specific joints). The anatomical study follows the functional study in order to outline the cortical circuit that involves the PPC. Injections of neuronal tracers are executed in the cortical areas functionally studied in order to identify the cortical connections and to clarify the cortico-cortical circuits for the coordination of gestures of prehension.
4) L'elaborazione digitale a supporto della scienza di base La ricostruzione digitale delle strutture cerebrali è uno strumento fondamentale per poter visualizzare e quindi confrontare fra loro risultati ottenuti con metodiche diverse (funzionali o anatomiche) o su soggetti sperimentali diversi (scimmia o uomo). Tali indagini permettono di simulare off-line le sedute sperimentali al fine di ottenere una visione complessiva dell'indagine sperimentale. Accanto a queste ricostruzioni bi e tridimensionali del cervello, la matematica e la programmazione informatica permettono di simulare gli eventi neuronali e i circuiti corticali, di prevedere un certo output nervoso in risposta ad uno specifico input deciso dallo sperimentatore, di verificare "modelli" di rete neurale a partire da dati sperimentali acquisiti. E' un nuovo e stimolante orizzonte di studio neurofisiologico con una grande potenzialità di applicazione nell'ambito dello sviluppo dell'intelligenza artificiale e della robotica.
4) Digital processing to support basic research. The digital reconstruction of cerebral structures is a fundamental tool to visualize and therefore to compare results obtained with different methods (functional or anatomical) or by different experimental subjects (monkey or human). Such investigations simulate off-line the experimental sessions in order to obtain an overview of experiments. Together with these two- and three-dimensional brain reconstructions, mathematic and computer programming permit to simulate the neuronal events and the cortical circuits, to provide a neural out-put in response to a specific input decided by the experimenter, to verify “models” of neural network from experimental data acquired. This is a new and exciting horizon of neurophysiology with a great potential of application in the field of development of the artificial intelligence and robots.
