Il laboratorio NeuroLab
Facoltà di Ingegneria dell’Università degli Studi Mediterranea di Reggio Calabria
Il laboratorio NeuroLab nasce nel 1992 presso la Facolta' di Ingegneria dell’Università degli Studi Mediterranea di Reggio Calabria ad opera del suo fondatore ed attuale responsabile scientifico Prof. Ing. Francesco Carlo Morabito con la collaborazione del sistemista Maurizio Campolo. NeuroLab ospita personale che afferisce al Dipartimento di Informatica Matematica Elettronica e Trasporti ed in particolare ricercatori, studenti di dottorato ed ingegneri che svolgono la propria attività di ricerca nell’ambito delle neuroscienze. L’interdisciplinarietà è caratteristica fondamentale del laboratorio che condivide sinergicamente competenze e professionalità che abbracciano vari aspetti dell’ingegneria moderna.
Compito fondamentale è la messa a punto di algoritmi innovativi che mirano all’analisi di segnali rappresentativi di processi fisici di rilevante interesse ingegneristico. In particolare l’attività di ricerca è indirizzata allo sviluppo di tecniche basate su sistemi di intelligenza artificiale note in ambito scientifico come tecniche di soft computing. Tra queste vi sono le Reti Neurali, che si ispirano a caratteristiche strutturali e di apprendimento del cervello umano; i Sistemi Fuzzy che contrappongono una logica sfumata ad una logica booleana forse troppo rigida e per questo lontana dal modo di pensare dell’uomo; gli Algoritmi Genetici che basano il loro funzionamento sul principio di selezione naturale della teoria dell’evoluzione darwiniana. Tali tecniche di calcolo hanno riscosso un grande successo nell’ambito del trattamento di segnali e della predizione e controllo di sistemi fisici complessi.
Nei primi anni il Laboratorio è stato punto di riferimento per le ricerche scientifiche condotte in collaborazione con il Max-Planck Institut fuer Plasmaphysik di Garching (Monaco, Germania), ENEA (Ente per le Nuove tecnologie, l'Energia e l'Ambiente), EURATOM (Comunità Europea dell'Energia Atomica) e CREATE (Consorzio di Ricerca per l'Energia e le Applicazioni Tecnologiche dell' Elettromagnetismo) per la predizione, classificazione e diagnostica di problematiche relative al Plasma in ASDEX-Upgrade (Axisymmetric Divertor Experiment Upgrade8), JET (Joint European Torus) e ITER (International Thermonuclear Experimental Reactor) con la realizzazione di modelli e la creazione di DataBase con simulazioni di scariche di plasma. ITER sarà il primo reattore a fusione e verrà realizzato a Cadarache, in Francia.
Ricerche scientifiche in ambito ambientale ed elettromagnetico (vedi NDT, Non Destructive Testing) sono state avviate in collaborazione con diversi Centri di Ricerca e Università (Spagna, Irlanda, Francia, Svizzera, Iowa, Giappone)
Negli ultimi anni l’attività di ricerca è stata estesa allo studio dei fenomeni biologici che regolano il funzionamento del corpo umano nell’espletamento delle sue normali attività. In particolare gli sviluppi teorici in ambito BioElettroMagnetico hanno messo in risalto l’importanza dello sviluppo di strumenti ingegneristici nell’ambito delle scienze mediche al fine di potenziare le capacità di diagnosi e prognosi di patologie. Particolare interesse è stato rivolto allo studio del sistema nervoso centrale e periferico mediante l’analisi di segnali elettroencefalografici (EEG), elettromiografici (EMG) ed immagini di risonanza magnetica funzionale (fMRI). Sono stati anche realizzati modelli dinamici per la simulazione del sistema cardio-respiratorio al fine di ottenere dati sintetici patologici relativi a tracciati elettrocardiografici (ECG).
Recentemente la ricerca del laboratorio NeuroLab si è focalizzata sullo studio del cervello epilettico mediante l’elaborazione di segnali EEG di superficie. Obiettivo dello studio è quello di comprendere le dinamiche del cervello epilettico studiando i segnali EEG da un punto di vista matematico per estrapolare informazioni non visibili attraverso un’analisi visiva standard del tracciato. A tale scopo è stata avviata nel 2004 una proficua collaborazione con il Centro Regionale per le Epilessie degli Ospedali Riuniti di Reggio Calabria, diretto dal Prof. Umberto Aguglia. Questa collaborazione è il segno tangibile della volontà di portare avanti la ricerca nell’ambito dell’ingegneria biomedica nel modo più rigoroso e produttivo possibile, attraverso un continuo e multidisciplinare confronto fra medico e ingegnere. Questo confronto è finalizzato ad apprendere dal medico quelle che sono le problematiche e le esigenze concrete della medicina nei confronti della tecnologia, per poi affrontarle dal punto di vista ingegneristico, improntare delle analisi e successivamente fare tesoro delle competenze mediche per leggere ed interpretare in chiave medica i risultati che via via si ottengono. In particolare, la ricerca è incentrata sullo studio matematico dei tracciati EEG con l’obiettivo di prevedere le crisi e comprendere le dinamiche che si innescano nel cervello epilettico e determinano le crisi stesse. Al fine di intraprendere al meglio questa attività di ricerca è stata avviata un’altra importante collaborazione con il Computational NeuroEngineering Laboratory dell’Università della Florida, guidato dal Prof. José Principe, che è uno dei primi laboratori al mondo in materia di studio delle dinamiche del cervello epilettico.
Il laboratorio è fornito di hardware e software dedicato alla ricerca. Ciò permette di fornire anche una didattica di elevato spessore. Postazioni Intel con strumentazione biomedicale BIOPAC System e SIGLAB della Spectral Dynamics permettono l’acquisizione e l’analisi di segnali fisiologici come EMG, ECG, EEG con EOG e PEV, spirometria e prove da sforzo con cyclette. Varie WorkStation SUN Sparc e Silicon Graphics sono state configurate con funzioni di File, Web e Backup Server.
Nel laboratorio sono condotte esercitazioni pratiche relative all’insegnamento di Circuiti e Algoritmi per il Trattamento dei Segnali (II quadrimestre, SSD: ING-IND/31, CFU:5 ) dei Corsi di Laurea specialistica in Ingegneria Elettronica e delle Telecomunicazioni. Le risorse sono inoltre a disposizione per attività di tirocinio e tesi di laurea, nonché per le attività di ricerca dei dottorandi del Corso di Dottorato in Ingegneria Biomedica.
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