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Le attività di ricerca del centro ICoN sono pienamente integrate con le priorità tematiche della Scuola. Il Tema 1 (Mente Corpo Linguaggi) si basa sull'analisi sperimentale della struttura e delle alterazioni dei meccanismi neuro-cognitivi alla base dei processi di ragionamento, del linguaggio naturale e artificiale, del processo decisionale, delle emozioni e di ogni altro aspetto della nostra vita intellettuale e sociale in condizioni normali e patologiche. Questo programma di ricerca, i cui campi privilegiati sono la neurolinguistica, la neuroeconomia, la neuroetica e la neuropsicologia clinica e sperimentale, richiede una stretta interazione con molteplici settori delle scienze umane e della vita, resa possibile da collaborazioni interne alla Classe e allo IUSS e da numerosi contatti con istituzioni di ricerca nazionali e internazionali. Il tema 2 (Climate Sustainability Risk) è affrontato da studi sui meccanismi neurobiologici della percezione del rischio, i determinanti neurobiologici del comportamento sostenibile e l'impatto dei fattori ambientali sulla salute del cervello. Il tema 3 (Space Future Data) è al centro dell'analisi guidata dai dati nelle neuroscienze cognitive e nella neurosimulazione. Programmi come lo Human Brain Project e The Virtual Brain dimostrano chiaramente la priorità che questi temi hanno assunto a livello europeo e mondiale nella ricerca sulle neuroscienze.

Le principali linee di ricerca sono:

1. Neuroscienze del processo decisionale 

Prendere decisioni, e tradurle in azioni e comportamenti reali, richiede un complesso equilibrio tra spinte motivazionali e processi inibitori del controllo cognitivo. Questo equilibrio può essere compromesso in molte patologie neurologiche o psichiatriche, in cui la spinta motivazionale è assente o, al contrario, eccessiva e non controbilanciata da efficaci meccanismi inibitori. Indagare le basi neuro-cognitive del processo decisionale e del funzionamento esecutivo permette quindi di sviluppare modelli di diversi disturbi caratterizzati da deficit emotivi, motivazionali e di controllo degli impulsi. Questa linea di ricerca mira a indagare le basi neurali del processo decisionale attraverso molteplici tecniche di ricerca, che vanno dal neuroimaging (risonanza magnetica ed elettroencefalografia) alla neurostimolazione (stimolazione elettrica e magnetica transcranica), con studi che coinvolgono partecipanti sani e popolazioni cliniche. Un ulteriore obiettivo è quello di tradurre le conoscenze risultanti in trattamenti innovativi basati su tecniche di neurostimolazione.

2. Neuroscienze sociali e affettive      

La natura sociale degli esseri umani è strettamente legata alla capacità di comprendere gli stati affettivi (empatia) e cognitivi (mentalizzazione) degli altri, e di tenerne conto quando si prendono decisioni (cognizione morale). Questi processi, conosciuti congiuntamente come "cognizione sociale", reclutano sistemi complessi di aree cerebrali corticali e sottocorticali che possono essere specificamente coinvolti in molte patologie neurologiche e psichiatriche. Questa linea di ricerca mira a indagare le basi neurali dei processi cognitivi sociali attraverso diverse tecniche di ricerca, che vanno dal neuroimaging (risonanza magnetica ed elettroencefalografia) alla neurostimolazione (stimolazione elettrica e magnetica transcranica) con studi che coinvolgono partecipanti sani e popolazioni cliniche. La conoscenza risultante può fornire indicazioni utili per lo sviluppo di nuovi trattamenti che ruotano intorno alle abilità cognitive sociali, anche combinati con metodi di neurostimolazione.

3. Cognizione motoria e rappresentazione dell'azione

La nostra esperienza quotidiana si basa sulla capacità di muovere parti del corpo in modo coordinato per produrre azioni complesse che ci permettono di interagire con l'ambiente. Al di là di tali capacità di pianificazione motoria, impegnarsi nell'interazione sociale richiede inoltre di analizzare e interpretare il significato delle azioni degli altri, sia osservate che mediate dal linguaggio, e di rispondere ad esse con un comportamento appropriato. Queste abilità possono essere compromesse in associazione con patologie che interessano il controllo del movimento. Questa linea di ricerca mira a indagare le basi neurofisiologiche della cognizione motoria e della rappresentazione delle azioni utilizzando tecniche di neuroimmagine (risonanza magnetica ed elettroencefalografia ad alta densità), neurostimolazione (stimolazione magnetica) e analisi del movimento (cinematica). La conoscenza risultante mira a fornire indicazioni utili per lo sviluppo di nuovi trattamenti di riabilitazione neuro-motoria e biomarcatori della loro efficacia (ad esempio nel morbo di Parkinson o nell'ictus).

4. Linguaggio e cognizione semantica      

La comprensione dell'anatomia funzionale del linguaggio rappresenta il centro delle nostre ricerche da più di 40 anni. L'integrazione di studi neuropsicologici e psicolinguistici con i molteplici metodi delle neuroscienze cognitive, come la neuroimaging, la neurofisiologia, la neuromodulazione e la neurocomputazione sta arricchendo notevolmente la nostra comprensione della sua organizzazione neurale. IL livellosemantico è un focus specifico di interesse in questo campo. La memoria semantica contiene informazioni sul mondo (fatti), come parole, concetti e numeri, che abbiamo accumulato nel corso degli anni. Lo studio dei pazienti che hanno un disturbo isolato o relativamente isolato di questo aspetto centrale del funzionamento mentale ha giocato un ruolo fondamentale nello sviluppo di modelli teorici e pratici del funzionamento mentale e nell'identificazione dei meccanismi neurobiologici della memoria semantica. Diverse linee di ricerca seguono l'approccio multimodale, con un'enfasi particolare sulla conoscenza e l'organizzazione astratta, sulle basi neurali delle disfunzioni semantiche e sugli approcci sperimentali alla riabilitazione. 

5. Prevenzione e trattamento dei disturbi della memoria e di altre funzioni cognitive

L'importanza della prevenzione per mantenere la salute del cervello è ormai ampiamente riconosciuta come un tema centrale della Medicina di Precisione ed è supportata da importanti evidenze scientifiche sull'efficacia dei piani di intervento personalizzati basati su una valutazione multidisciplinare completa. La prevenzione richiede la diagnosi più precoce possibile dei disturbi cognitivi, basata sull'applicazione di metodi scientifici e tecnologici in costante progresso (neuropsicologia, neuroimaging, neurofisiologia, indagini di laboratorio) per l'identificazione e la validazione di biomarcatori di patologia. La ricerca in quest'area si svolge attraverso progetti per lo sviluppo di sistemi innovativi per l'analisi multimodale dei dati basati su tecniche di machine-learning per la valutazione e il monitoraggio del funzionamento cognitivo attraverso strumenti informatici e piattaforme di telemedicina di facile utilizzo. 

6. Studi multimodali delle demenze rare     

Le cosiddette malattie neurodegenerative "rare", che di solito hanno basi genetiche specifiche, comprendono le demenze giovanili (ad esempio, la malattia di Alzheimer ad esordio precoce) e le demenze atipiche (ad esempio, le afasie primarie progressive e la demenza fronto-temporale). I progetti di ricerca si basano sull'identificazione di marcatori cognitivo-comportamentali della patologia che portano a una caratterizzazione precisa del fenotipo cognitivo da correlare con l'analisi dei biomarcatori e sullo sviluppo di approcci sperimentali di riabilitazione. Questi disturbi forniscono informazioni preziose sulle basi neurali della memoria, del linguaggio e della cognizione sociale, e sono studiati con un approccio multimodale, che include, in combinazione con la neuropsicologia, la ricerca di base (genetica, farmacologia, neurochimica), la neurofisiologia (elettroencefalografia ad alta densità, stimolazione elettrica e magnetica transcranica) e il neuroimaging (risonanza magnetica ad alto campo).