Biorobotica

TRANSLATIONAL NEURAL ENGINEERING AREA

TRANSLATIONAL NEURAL ENGINEERING AREA

La Neuroingegneria è un’area di ricerca che combina le micro-nanotecnologie e l’ingegneria con le neuroscienze e la biologia molecolare.
Gli obiettivi sono principalmente due: aumentare la conoscenza di base sul funzionamento del sistema nervoso; sviluppare sistemi in grado di ripristinare le funzioni in persone affette da diversi tipi di disabilità neurale.
Negli ultimi anni abbiamo assistito a molti passi in avanti nello studio e nello sviluppo di neurotecnologie in grado di ripristinare le funzioni sensorimotorie in persone disabili. In questo quadro l’area punta a sviluppare neuroprotesi personalizzate per migliorare la qualità della vita, sfruttando le potenzialità di approcci basati sulle neuroscienze. In particolare, l’area di ricerca sta lavorando a nuove interfacce neurali e ad avanzati algoritmi per il controllo di arti artificiali bionici e di neuroprotesi per ripristinare la locomozione e le funzioni sensorimotorie.

Attualmente gli ambiti di ricerca dell’area sono:

Interfacce neurali 

Sviluppo di nuove interfacce intraneurali, di nuove interfacce a rigenerazione, di modelli neuro-meccanici, test in vitro e in vivo di interfacce con il sistema nervoso periferico.

Neuroscienze computazionali 

Codifica delle informazioni sensoriali nel sistema nervoso centrale e periferico, decodifica delle informazioni motorie dai segnali estratti in modo invasivo e non-invasivo dal sistema nervoso centrale e periferico.

Neuroriabilitazione traslazionale 

Indagine sulle basi neuroscientifiche delle diverse tipologie di disabilità e di patologie quali l’ictus e l’epilessia; sviluppo di nuove tecnologie per ristabilire le funzioni sensorimotorie in persone disabili; sviluppo di robot per la neuroriabilitazione post-ictus; favorire il ponte tra ricerca scientifica e tecnologica e la pratica clinica.

Neuroprotesi e bionica 

Protesi di mano neuro-controllate; interfaccia cerebro-spinale per ripristinare le funzioni motorie nelle lesioni midollari e nei pazienti con Parkinson; sviluppo di neuroprotesi vestibolari.

Biomeccanica della locomozione

Modifiche del controllo motorio a causa di invecchiamento e di disturbi neuro-muscolo-scheletrici; biomeccanica di caduta; controllo dell'equilibrio durante la caduta; progettazione e sviluppo di una piattaforma robotica volta a realizzare trattamenti neuro-riabilitativi per il recupero di locomozione in pazienti post-ictus.

 

Il gruppo di NeuroIngegneria Traslazionale collabora attivamente con l’Azienda Ospedaliero-Universitaria di Pisa (Prof. Bruno Rossi and Dr. Carmelo Chisari) e con l’Istituto di Neuroscienze del CNR (Dr. Matteo Caleo) con i quali sono stati creati due laboratori di ricerca congiunti (Translational Neurorehabilitation Laboratory e Laboratory for Analysis and Treatment of Neuromotor Disorders).

 

Responsabile scientifico:

Prof. Silvestro Micera    
e-mail: silvestro.micera@santannapisa.it
Tel.: 050-883481 

 

PROGETTI ATTIVI

 

PUBBLICAZIONI RECENTI

  1. Oddo CM, Raspopovic S, Artoni F, Mazzoni A, Spigler G, Petrini F, Giambattistelli F, Vecchio F, Miraglia F, Zollo L, Di Pino G, Camboni D, Carrozza MC, Guglielmelli E, Rossini PM, Faraguna U, Micera S. Intraneural stimulation elicits discrimination of textural features by artificial fingertip in intact and amputee humans. Elife. 2016 Mar 8;5:e09148. doi: 10.7554/eLife.09148. 
  2. Moraud EM, Capogrosso M, Formento E, Wenger N, DiGiovanna J, Courtine G, Micera S. Mechanisms Underlying the Neuromodulation of Spinal Circuits for Correcting Gait and Balance Deficits after Spinal Cord Injury. Neuron. 2016 Feb 17;89(4):814-28. doi: 10.1016/j.neuron.2016.01.009. 
  3. Cutrone A, Del Valle J, Santos D, Badia J, Filippeschi C, Micera S, Navarro X, Bossi S. A three-dimensional self-opening intraneural peripheral interface (SELINE). J Neural Eng. 2015 Feb;12(1):016016. doi: 10.1088/1741-2560/12/1/016016. 
  4. Coscia M, Monaco V, Martelloni C, Rossi B, Chisari C, Micera S. Muscle synergies and spinal maps are sensitive to the asymmetry induced by a unilateral stroke. J Neuroeng Rehabil. 2015 Apr 18;12:39. doi: 10.1186/s12984-015-0031-7. 
  5. Tropea P, Vitiello N, Martelli D, Aprigliano F, Micera S, Monaco V. Detecting slipping-like perturbations by using adaptive oscillators. Ann Biomed Eng. 2015 Feb;43(2):416-26. doi: 10.1007/s10439-014-1175-5. Epub 2014 Nov 7. 
  6. Raspopovic S, Capogrosso M, Petrini FM, Bonizzato M, Rigosa J, Di Pino G, Carpaneto J, Controzzi M, Boretius T, Fernandez E, Granata G, Oddo CM, Citi L, Ciancio AL, Cipriani C, Carrozza MC, Jensen W, Guglielmelli E, Stieglitz T, Rossini PM, Micera S. Restoring natural sensory feedback in real-time  bidirectional hand prostheses. Sci Transl Med. 2014 Feb 5;6(222):222ra19. doi: 10.1126/scitranslmed.3006820. 
  7. Capogrosso M, Wenger N, Raspopovic S, Musienko P, Beauparlant J, Bassi Luciani L, Courtine G, Micera S. A computational model for epidural electrical stimulation of spinal sensorimotor circuits. J Neurosci. 2013 Dec 4;33(49):19326-40. doi: 10.1523/JNEUROSCI.1688-13.2013. 
  8. Tropea P, Monaco V, Coscia M, Posteraro F, Micera S. Effects of early and intensive neuro-rehabilitative treatment on muscle synergies in acute post-stroke patients: a pilot study. J Neuroeng Rehabil. 2013 Oct 5;10:103. doi: 10.1186/1743-0003-10-103. 
  9. Van den Brand R, Heutschi J, Barraud Q, DiGiovanna J, Bartholdi K, Huerlimann M, Friedli L, Vollenweider I, Moraud EM, Duis S, Dominici N, Micera S, Musienko P, Courtine G. Restoring voluntary control of locomotion after paralyzing spinal cord injury. Science. 2012 Jun 1;336(6085):1182-5. doi: 10.1126/science.1217416. 
  10. Rossini PM, Micera S, Benvenuto A, Carpaneto J, Cavallo G, Citi L, Cipriani C, Denaro L, Denaro V, Di Pino G, Ferreri F, Guglielmelli E, Hoffmann KP, Raspopovic S, Rigosa J, Rossini L, Tombini M, Dario P. Double nerve intraneural interface implant on a human amputee for robotic hand control. Clin Neurophysiol. 2010 May;121(5):777-83. doi: 10.1016/j.clinph.2010.01.001. 

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