Con una conferenza di apertura nell’Aula Magna Storica dell’Università di Pisa, ha preso il via a fine settembre il progetto europeo TOLIFE (Combining Artificial Intelligence and smart sensing TOward better management and improved quality of LIFE in chronic obstructive), coordinato dall’Università di Pisa, che punta a migliorare la gestione e la personalizzazione del trattamento di patologie croniche complesse tramite l’Intelligenza Artificiale e dispositivi sensorizzati non invasivi. La malattia che costituisce il caso studio del progetto è la broncopneumopatia cronica ostruttiva (BPCO).
“Malattie come la BPCO – spiega Alessandro Tognetti, docente di Bioingegneria al Dipartimento di Ingegneria dell’Informazione e coordinatore di TOLIFE – portano con sé un quadro clinico che dipende da molti fattori, e spesso sono associate ad altre patologie, come malattie cardiache, metaboliche, e anche depressione, dovuta alla condizione invalidante che l’infermità porta con sé. Le malattie correlate e lo stato generale del paziente spesso non sono trattate nel percorso clinico, che si concentra invece solo sulla cura dei polmoni. Noi vorremmo proporre invece un approccio più organico, che includa fattori correlati alla malattia e anche, in modo essenziale, che miri a migliorare la qualità della vita delle persone affette da malattie croniche. Le nuove tecnologie e l’intelligenza artificiale ci forniscono i mezzi per poter ritagliare terapie mirate e che tengano conto di molti più fattori rispetto alla sola cura della singola patologia”.
Il progetto TOLIFE mira, infatti, al monitoraggio di molti aspetti della vita delle persone affette da malattie croniche, come i dati ambientali, di qualità dell’aria e meteo, misurati da sensori posti negli ambienti domestici, dati fisiologici, come il battito cardiaco, e le interazioni sociali, misurati tramite smartwatch e smartphone, dati sul movimento del paziente, misurati da smartphone e scarpe sensorizzate, fino alla qualità del sonno, monitorata tramite un coprimaterasso sensorizzato realizzato dal team di bioingegneri del DII.
Una piattaforma di intelligenza artificiale, primo obiettivo del progetto, integrerà tutti i dati per restituire un quadro clinico complessivo che tenga finalmente conto di tutti i fattori e le complessità in gioco. “In questo modo - prosegue Tognetti - potremo avere una chiara idea dell’impatto della malattia sulla qualità della vita delle persone e pensare a cure personalizzate, a seconda delle diverse esigenze dei singoli pazienti. Inoltre, grazie alla piattaforma possiamo arrivare a prevedere, e quindi prevenire, peggioramenti improvvisi, che purtroppo di solito portano all’ospedalizzazione o peggio, avviando terapie precoci ai primi segnali.”
La piattaforma sarà ottimizzata e validata in condizioni di “vita reale” su pazienti affetti da broncopneumopatia cronica ostruttiva (BPCO) in Italia, Germania e Spagna. Tra i partner del progetto figura l’Istituto Superiore di Sanità, in modo da valutare l’inserimento della procedura sviluppata in protocolli clinici standard.
Oltre a UNIPI e ISS, il consorzio, altamente interdisciplinare, è composto da CNR IFC e Adatec SRL (Italia), beWarrant (Belgio), Universidad Politecnica de Madrid (Spagna), Techedge España (Spagna), Fundacion Privada Instituto de Salud Global Barcelona (Spagna), Consorcio Mar Parc de Salut de Barcelona (Spagna), Time.Lex (Belgio), European Federation of Asthma&Allergy Associations (Belgio) ePneumologisches Forschungsinstitut an der LungenClinic Grosshansdorf GmbH (Germania).
Il progetto TOLIFE è finanziato sui fondi del Programma quadro dell’Unione europea per la ricerca e l’innovazione Horizon Europe nell’ambito della call “Tackling diseases”.
Ha preso il via il progetto ENCORE, un progetto ERASMUS+ guidato dall’Università di Pisa che mira a sviluppare strumenti di supporto alla progettazione didattica da mettere a disposizione degli educatori. Tali strumenti saranno basati sul riuso dei dati testuali di contenuti educativi aperti, grazie a strumenti di Intelligenza Artificiale.
Il team ENCORE, il cui acronimo sta per ENriching Circular use of OeR for Education, è composto da cinque università (Università di Pisa, Università di Salamanca, Università Chalmers, Università di Padova, Università aperta ellenica); da tre enti di formazione professionale (Knowledge Foundation at Reutlingen University, Institut Polytechnique UniLaSalle e Adecco Training France); da tre attori del mercato del lavoro (ValueDo, Beam Me Up e Reconnaitre-Open Recognition Alliance); un istituto di ricerca (Fondazione Bruno Kessler) e una Ong: (Associazione europea delle università che insegnano a distanza).
Il team ENCORE al kick-off meeting del progetto che si è tenuto a Pisa il 5 e 6 luglio 2022.
Le università coinvolte avranno una grande responsabilità nella prima fase del progetto che avrà un approccio data-driven, con l’Ateneo pisano responsabile della definizione delle competenze GDE (Green, Digital and Entrepreneurial) e l’Università di Salamanca responsabile della collaborazione con i fornitori di tecnologia. Nella seconda fase (guidata da esperti di pedagogia), l’Università di Padova si occuperà di definire l'approccio ENCORE. Tutti i fornitori di servizi educativi, guidati dalla Università Chalmers, saranno coinvolti in egual misura nei test interni ed esterni.
Il coordinatore del progetto è Filippo Chiarello, ricercatore presso il Dipartimento di Ingegneria dei Sistemi, del Territorio e delle Costruzioni.
Percorsi di formazione personalizzati, capaci di adattarsi alla curva di apprendimento di ciascun discente e favorire la formazione dei futuri chirurghi che andranno ad operare con il robot. Tutto questo grazie all’intelligenza artificiale e a un simulatore basato su realtà virtuale, come dimostra uno studio svolto all’Università di Pisa che ha visto coinvolto un gruppo di ricerca internazionale guidato dall’ingegner Andrea Moglia del Dipartimento di Ricerca Traslazionale e delle Nuove Tecnologie in Medicina e Chirurgia (nella foto a destra) in collaborazione col professor Sir Alfred Cuschieri dell’Università di Dundee (Regno Unito).
Lo studio prevedeva che un gruppo di studenti di medicina eseguisse specifici esercizi al simulatore per chirurgia robotica fino al raggiungimento del livello di competenza richiesto. Successivamente sono stati sviluppati via software vari modelli di intelligenza artificiale per prevedere il tempo e il numero di tentativi di ciascun esercizio in cui i partecipanti avrebbero completato il loro percorso di formazione. Utilizzando una particolare configurazione (chiamata ensemble learning) in cui si aggregavano più modelli di reti neurali è stato possibile ottenere un’accuratezza più elevata (fino al 95% in alcuni casi) rispetto a qualunque altro modello di machine learning, una branca dell’intelligenza artificiale. I risultati dello studio, al quale ha partecipato anche il gruppo di chirurgia generale del professor Luca Morelli, sono stati pubblicati su Surgical Endoscopy, una delle riviste più autorevoli in chirurgia.
Lo studio condotto presso l’Ateneo pisano rappresenta la più elevata casistica internazionale nel settore e si basa sull’esperienza di Andrea Moglia nella simulazione in chirurgia robotica iniziata nel 2009 presso il centro EndoCAS, diretto dal professor Mauro Ferrari, e che lo ha visto utilizzare per primo in Italia i simulatori virtuali per il sistema di chirurgia robotica da Vinci. “Esattamente dieci anni fa in questo periodo – commenta Moglia – raccoglievo i dati dello studio per valutare l’abilità innata per la chirurgia tra gli studenti di medicina. Questa volta abbiamo pensato di utilizzare l’intelligenza artificiale per predire la loro curva di apprendimento con lo scopo di ritagliare il percorso formativo in base alle capacità innate dei discenti. Il nostro approccio non si limita al robot da Vinci ma può essere applicato anche ai sistemi per chirurgia robotica di nuova generazione che stanno facendo il loro ingresso sul mercato. Inoltre, può essere esteso a qualunque simulatore chirurgico”.
L’intelligenza artificiale consente ai computer di imparare a svolgere determinati compiti, tra cui la previsione di trend, attraverso modelli matematici costruiti a partire dai dati. La disponibilità di computer e modelli sempre più avanzati ha fatto sì che negli ultimi anni l’intelligenza artificiale sia stata applicata con successo a vari settori, in primis quello delle auto a guida autonoma. Anche la sanità ne sta beneficando. Una delle ultime branche della medicina ad essersi affacciata all’intelligenza artificiale è la chirurgia che potenzialmente offre numerose applicazioni a cominciare dalla formazione dei chirurghi.
Al via la fase di sperimentazione clinica del progetto di ricerca TELOS (Tailored neurorehabilitation thErapy via multi-domain data anaLytics and adaptive seriOus games for children with cerebral palSy), uno studio cui partecipano numerosi enti di ricerca finalizzato a valutare l’efficacia di una terapia riabilitativa innovativa supportata dalla realtà virtuale, paragonata alla terapia riabilitativa standard in bambini con paralisi cerebrale infantile (forme emiplegiche e diplegiche). In Aoup la sperimentazione sarà avviata nella Sezione dipartimentale di Riabilitazione neurocognitiva dell’età evolutiva (diretta dal professore Luca Bonfiglio, docente del Dipartimento di ricerca traslazionale e delle nuove tecnologie in Medicina e Chirurgia dell'Università di Pisa e responsabile scientifico del progetto per l’Azienda ospedaliero-universitaria pisana) del Dipartimento materno-infantile (diretto dal dottore Pietro Bottone). Nell’Azienda USL Toscana nord ovest la sperimentazione è avviata invece nel reparto di Medicina riabilitativa (diretto dal dottor Federico Posteraro) dell’Ospedale Versilia (responsabile scientifico la dottoressa Sara Aliboni).
Gli esercizi riabilitativi, indirizzati a promuovere il miglioramento delle capacità manuali e dell’equilibrio, verranno svolti in forma di videogioco (i cosiddetti serious games) ed eseguiti in realtà virtuale immersiva, con tecnologie sviluppate dai laboratori della Scuola Superiore Sant’Anna di Pisa (Istituto di Intelligenza meccanica), coordinatrice del progetto. L’immersione virtuale consentirà ai bambini di partecipare ad un’esperienza di gioco multisensoriale, ove agli stimoli visivi e uditivi percepiti a 360 gradi si aggiungeranno anche stimoli tattili percepiti attraverso attuatori indossabili. In questo modo, sarà possibile percepire anche il contatto tattile con gli oggetti virtuali obiettivo delle azioni di presa e manipolazione.
L’ambiente virtuale, l’aspetto ludico, la variabilità degli esercizi, la progressione per tappe successive di upgrading gestita dal terapista, sono tutti elementi fortemente coinvolgenti, motivanti e gratificanti e, come tali, capaci di promuovere e sostenere l’apprendimento motorio. L’ambiente virtuale, inoltre, consente di misurare oggettivamente, tramite il rilevamento di nuovi indici cinematici e tecnologie avanzate di analisi dati - sviluppate nel progetto dall’Istituto di Fisiologia clinica del Consiglio nazionale delle ricerche (Cnr-Ifc) - le prestazioni dei bambini nelle azioni richieste e, di conseguenza, di monitorarne fedelmente i progressi nel corso della terapia. Elemento da non sottovalutare, alla luce della situazione pandemica, è infine la prospettiva di proporre questo tipo di assetto riabilitativo anche a domicilio del paziente, in uno scenario di monitoraggio, controllo e supervisione anche da remoto (telemedicina).
Il progetto è finanziato dalla Regione Toscana nell’ambito del Bando ricerca salute 2018 e vede coinvolti la Scuola Superiore Sant’Anna (coordinatore, ingegnere Daniele Leonardis, gruppo HRI del professore Antonio Frisoli), il Cnr (responsabile scientifico l’ingegnere Ilaria Bortone, Istituto di Fisiologia clinica), l’Azienda ospedaliero-universitaria pisana (Sezione dipartimentale di Riabilitazione neurocognitiva dell’età evolutiva), l’Azienda USL Toscana nord ovest (unità operativa di Medicina riabilitativa, Ospedale Versilia) e l’Istituto Irccs De Bellis di Castellana Grotte (responsabile scientifico, dottor Rodolfo Sardone).
Per eventuali contatti per la sperimentazione, in Aoup l’indirizzo email di riferimento è Questo indirizzo email è protetto dagli spambots. È necessario abilitare JavaScript per vederlo., per l’Azienda USL Toscana nord ovest è Questo indirizzo email è protetto dagli spambots. È necessario abilitare JavaScript per vederlo..
(Comunicato Ufficio Stampa AOUP).
Un sensore più sottile di un francobollo (in foto), biocompatibile e bioriassorbibile, e impiantabile sottopelle, riuscirà a monitorare in tempo reale alcuni parametri del corpo come il pH, e l’efficacia dei farmaci somministrati, aprendo così la strada a nuove procedure cliniche e diagnostiche.
Il risultato è pubblicato nella rivista Advanced Science, e reca la firma del team di ingegneri elettronici del Dipartimento di Ingegneria dell'Informazione dell'Università di Pisa (DII), coordinati da Giuseppe Barillaro, in collaborazione con l’Università di Modena e Reggio Emilia e Surflay Nanotec GmgH di Berlino.
“Il livello del pH, da cui emerge una eventuale acidificazione dei tessuti - spiega Giuseppe Barillaro – è, tra altre cose, indicativo dell’insorgenza e della progressione di malattie come il cancro e problemi cardiaci. Fino ad ora la misura del pH viene svolta con analisi di laboratorio, che richiedono in genere il prelievo di fluidi corporei e non riescono a misurare l’eventuale acidificazione di una zona di interesse specifico con elevata accuratezza. Il nostro sensore, costituito da una membrana di silicio nanostrutturato ricoperta da un polimero fluorescente riesce a fornire un risultato immediato, accurato e soprattutto continuo nel tempo del livello di pH nel tessuto di interesse. È sufficiente illuminare la zona della pelle in cui il sensore è impiantato con una luce verde. Il sensore emetterà una luce rossa più o meno intensa, indicativa del livello di pH. Infine, il sensore si degraderà dopo l’uso all’interno del corpo, senza necessità di rimozione chirurgica.”
“Il sensore funziona per circa 5 giorni - aggiunge Martina Corsi, dottoranda in elettronica al DII - poi inizia a biodegradarsi, e in un periodo breve di tempo viene completamente riassorbito dal corpo senza conseguenze.”
“Di solito i dispositivi impiantabili sono protetti da una rivestimento opportuno - aggiunge Alessandro Paghi, ricercatore presso il DII - per non essere aggrediti e messi fuori uso dal nostro sistema immunitario. Questo rende molto difficile realizzare dei sensori chimici impiantabili, che non possono essere protetti perché funzionano solo se interagiscono chimicamente con il nostro corpo. Noi abbiamo dimostrato che può essere realizzato un sensore chimico non solo impiantabile, ma anche biodegradabile, una scoperta che apre la porta a innumerevoli applicazioni in ambito biomedico”.
La biodegradazione del sensore
Il team di Barillaro ha infatti di recente vinto un progetto Europeo, RESORB (www.resorb-project.eu), del programma Horizon Europe, il nuovo Programma Quadro per la Ricerca e l’Innovazione dell’Unione Europea per il periodo 2021-2027, che ha l’obiettivo di sviluppare ulteriormente il sensore, aggiungendo dei biorecetttori per la quantificazione di molecole target di interesse clinico/diagnostico in-vivo, in-situ e in tempo reale. RESORB si concentrerà sulla quantificazione di un farmaco chemioterapico, la doxorubicina, con lo scopo di ottimizzarne il dosaggio durante il trattamento di pazienti con tumore, attraverso una misura diretta e continua - nel tempo - del quantitativo di farmaco nel sito di impianto.
“Il sensore sviluppato, e la sua ulteriore evoluzione nel progetto RESORB - conclude - apre la strada per la messa a punto di sensori chimici capaci di effettuare analisi cliniche direttamente all’interno del corpo, per poi dissolversi senza necessità di rimozione chirurgica. Tali sensori, impiantabili e bioriassorbibili, hanno la potenzialità di rivoluzionare le procedure cliniche/diagnostiche garantendo un monitoraggio continuo di una molecola specifica nel tessuto di interesse, e quindi informazioni in tempo reale sia sullo stato di salute del paziente sia sull’efficacia dei farmaci. Un ulteriore passo avanti verso una medicina di precisione e personalizzata ”.
A quasi 2000 anni dall’eruzione del Vesuvio che nel 79 d.C. distrusse gran parte del territorio e delle città circostanti, un team internazionale di ricercatori ha analizzato nuovamente l’evento per offrire un piano esaustivo dello stato dell’arte sulle conoscenze dell’eruzione più famosa della storia, partendo dalla sua datazione, che uno studio di alcuni anni fa ha posticipato di alcuni mesi, da agosto a ottobre. L’integrazione tra lo studio sul campo, le analisi in laboratorio e la rilettura delle fonti storiche ha consentito di seguire temporalmente tutte le fasi dell’eruzione, dalla camera magmatica fino alla deposizione della cenere in aree lontanissime dal Vesuvio, trovandone traccia fino in Grecia.
Lo studio “The A.D. 79 eruption of Vesuvius: a lesson from the past and the need of multidisciplinary approaches for developments in volcanology”, recentemente pubblicato sulla rivista ‘Earth Science Reviews’, è stato condotto dall’Istituto Nazionale di Geofisica e Vulcanologia (INGV) in collaborazione con il Centro Interdipartimentale per lo Studio degli Effetti del Cambiamento Climatico (CIRSEC) e il Dipartimento di Scienze della Terra dell’Università di Pisa, l’Istituto di Geologia Ambientale e Geoingegneria del Consiglio Nazionale delle Ricerche (IGAG-CNR), il Laboratoire Magmas et Volcans di Clermont-Ferrand (LMV) in Francia e la School of Engineering and Physical Sciences (EPS) della Heriot-Watt University di Edimburgo nel Regno Unito. La ricerca è stata realizzata nell’ambito del progetto di ricerca ‘Pianeta Dinamico’ finanziato dall’INGV.
Il team di ricercatori pluridisciplinari ha raccolto e analizzato criticamente la vasta produzione scientifica disponibile sull’eruzione, integrandola con nuove ricerche. “Il nostro lavoro esamina con un approccio ampio e multidisciplinare diversi aspetti dell’eruzione del 79 d.C., integrando dati storici, stratigrafici, sedimentologici, petrologici, geofisici, paleoclimatici e di modellazione dei processi magmatici ed eruttivi di uno degli eventi più famosi e devastanti che hanno interessato l’area vulcanica napoletana – spiega Mauro A. Di Vito, vulcanologo dell’INGV e coordinatore dello studio – L’articolo parte dalla ridefinizione della data dell’eruzione, che sarebbe avvenuta nell’autunno del 79 d.C. e non il 24 agosto come si è ipotizzato in passato, e prosegue con l’analisi vulcanologica di siti in prossimità del vulcano per poi spostarsi progressivamente fino a migliaia di chilometri di distanza, dove sono state ritrovate tracce dell’eruzione sotto forma di ceneri fini”.
“Fin dal XVIII secolo, la data del 24 agosto è stata oggetto di dibattito fra storici, archeologi e geologi perché incongruente con numerose evidenze, come ad esempio i ritrovamenti a Pompei di frutta tipicamente autunnale o le tuniche pesanti indossate dagli abitanti che mal si conciliavano con la data del 24-25 agosto” – spiega Biagio Giaccio, ricercatore dell’Igag-Cnr e coautore dell’articolo. La prova definitiva dell’inesattezza della data è però emersa solo pochi anni fa: “Un’iscrizione in carboncino sul muro di un edificio di Pompei che tradotta cita ‘Il sedicesimo giorno prima delle calende di novembre, si abbandonava al cibo in modo smodato’, indicando che l’eruzione avvenne certamente dopo il 17 ottobre”, aggiunge Giaccio. La data più accreditata è, quindi, quella del 24-25 ottobre.
La ricerca è stata poi integrata dalla valutazione quantitativa dell’impatto delle singole fasi dell’eruzione sulle aree e sui siti archeologici vicini al vulcano. “Lo spirito del nostro lavoro è stato quello di comprendere come un evento del passato possa rappresentare una finestra sul futuro, aprendo nuove prospettive per lo studio di eventi simili che potranno verificarsi un domani – prosegue Domenico Doronzo, vulcanologo dell’INGV e coautore della ricerca – Questo studio, quindi, consentirà di migliorare l’applicabilità di modelli previsionali, dai fenomeni precursori all’impatto dei vari processi eruttivi e deposizionali, ma potrà anche contribuire a ridurre la vulnerabilità delle aree e delle numerose infrastrutture esposte al rischio vulcanico, non solo in prossimità del vulcano, ma - come ci insegna questo evento - anche a distanza di centinaia di chilometri da esso”.
“Negli ultimi anni è diventato sempre più importante comprendere l’impatto delle eruzioni sul clima anche per poter studiare l’origine e l’impatto di alcune variazioni climatiche brevi. Tuttavia, non conosciamo ancora molto - e con la risoluzione adeguata - delle condizioni climatiche al tempo dell’eruzione del 79 d.C.”, commenta Gianni Zanchetta dell’Università di Pisa e coautore della ricerca.
“In questo lavoro abbiamo cercato di mettere insieme le conoscenze sulle condizioni climatiche regionali al tempo dell’eruzione per tentare una prima sintesi, anche per indirizzare le ricerche future su questo aspetto che ha ancora molti lati oscuri”, aggiunge Monica Bini dell’Università di Pisa.
I risultati di questo studio hanno ricevuto l’apprezzamento di autentiche icone della vulcanologia mondiale come Raymond Cas, professore emerito presso la School of Earth Atmosphere and Environment della Monash University (Australia): “L'eruzione del Vesuvio del 79 d.C. è una delle più iconiche nel campo della vulcanologia fisica – dice il noto ricercatore australiano – Le osservazioni su questa eruzione, così come gli innumerevoli studi sui depositi e l'interpretazione dei processi eruttivi, sono alla base di molti dei concetti e della comprensione dei meccanismi delle eruzioni esplosive nella moderna vulcanologia. Una revisione di ciò che si sa sull'eruzione e sui suoi depositi è quindi molto importante per i vulcanologi e giustifica un documento completo e articolato, come questo articolo. Agli autori vanno fatte senz’altro le congratulazioni per i dettagli estremamente completi, estratti dall'enorme documentazione storica e dalla letteratura scientifica contemporanea su questa iconica eruzione”.
Materiali sostenibili ricavati a partire da scarti agro-alimentari, da cui vengono estratte le molecole essenziali per la produzione di rivestimenti per substrati di carta-cartone e plastica, in particolare usando gli scarti di frutta, crostacei e legumi. Questo era l’obiettivo, raggiunto, del progetto europeo ECOFUNCO, coordinato dall'unità di ricerca del Dipartimento di Ingegneria Civile e Industriale dell’Università di Pisa (DICI) che fa parte del Consorzio Interuniversitario di Scienza e Tecnologia dei Materiali (INSTM). I 17 partners europei, sia di ricerca sia industriali, si riuniranno a Pisa il 17 e 18 giugno per la prima conferenza internazionale di Chimica Verde e imballaggi sostenibili, durante la quale verranno presentati i risultati del progetto.
“Le ricadute sono evidenti - commenta Patrizia Cinelli, docente di Fondamenti chimici delle tecnologie al DICI e coordinatrice di ECOFUNCO - se pensiamo che quasi il 60% della plastica non riciclabile viene da imballaggi alimentari. Le difficoltà nel riciclo dei packaging per alimenti, dei contenitori e posate monouso e dei prodotti per la cura della persona derivano sia dall’uso di materiali non sostenibili sia dalla composizione, un multistrato di materiali diversi, molto difficili da separare quando vanno differenziati. ECOFUNCO ha messo a punto gli strumenti per una economia circolare nel campo dei monouso perché dà nuova vita agli scarti agro-alimentari, ora usati per produrre materiali sostenibili che possono sostituire le confezioni di plastica non biodegradabile, difficilmente riciclabili. Per esempio, dalla buccia del pomodoro e dal melone si estrae la cutina, le proteine da scarti dei legumi, e chitina e chitosano dall’esoscheletro dei crostacei”.
La sostituzione della plastica convenzionale con un materiale sostenibile e compostabile assume una grande importanza nel settore agroalimentare, dove il 70% della plastica adoperata non viene riciclata, ma è dispersa nel suolo e nel mare o bruciata nei termovalorizzatori, con danni immensi all’ambiente.
“Al Dipartimento di Ingegneria Civile e Industriale – prosegue Cinelli – abbiamo attivato diversi progetti per evitare un futuro in cui il nostro ambiente sarà sommerso dalla plastica, sia studiando tecniche di smaltimento e biodegradazione dei rifiuti plastici più efficienti ed efficaci, che consentano la riduzione della quantità di materiale disperso nell’ambiente, sia, come nel caso di ECOFUNCO, lavorando per la sostituzione degli imballaggi con confezioni biodegradabili con le medesime prestazioni”.
Queste soluzioni sono ora possibili grazie alla ricerca. Dopo la conferenza “Green chemistry and sustainable coatings” (chimica verde e imballaggi sostenibili) si apre una nuova fase, il cui scopo, grazie alla collaborazione con partner industriali, sarà progettare la produzione su vasta scala del packaging alternativo.
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L’Innovation Radar, iniziativa lanciata dalla Commissione europea per individuare e valorizzare le innovazioni e gli innovatori ad alto potenziale, ha assegnato il titolo di “Key Innovators” all’Università di Pisa e alla Fundacion Para La Investigacion Del Hospital Universitario La Fe de la Comunidad Valenciana, in quanto partner del progetto di ricerca europeo PRIMAGE condotto al Dipartimento di Ricerca traslazionale e nuove tecnologie in medicina e chirurgia e all’ImagingLab diretto dal professor Emanuele Neri, ordinario di Radiologia dell’Ateneo pisano.
Con più di 16 partner europei, PRIMAGE è uno dei più ambiziosi progetti di ricerca nel campo dell’imaging e dell’intelligenza artificiale con focus sui tumori in età pediatrica. Il progetto è stato selezionato nell’ambito della tematica di innovazione “Computational tools for the processing and analysis of imaging data”.
Il progetto PRIMAGE propone una piattaforma open e cloud-based per supportare il processo decisionale nella gestione clinica di due rare neoplasie pediatriche, utilizzando nuovi biomarcatori di imaging. Il primo tumore è il neuroblastoma (NB), che è il più frequente tumore solido nell’età pediatrica, e il secondo è il glioma pontino intrinseco diffuso (DIPG), principale causa di morte per tumori cerebrali nei bambini.
Questo importante riconoscimento è stato aggiudicato da esperti indipendenti coinvolti nella revisione dei progetti nell'ambito di Horizon Europe, Horizon 2020, Programma LIFE, e altri, con l'obiettivo di rendere visibili e accessibili al pubblico le informazioni sulle innovazioni sostenute dalla Commissione Europea attraverso la piattaforma Innovation Radar della Commissione Europea. Maggiori informazioni a questo link.
Le emozioni nascono nel cuore, e non nel cervello, dicevano i poeti. Ora la ricerca scientifica conferma le fondamenta di questo topos letterario. Uno studio dei bioingegneri dell’Università di Pisa in collaborazione con l’Università di Padova e l'University of California Irvine e pubblicato sulla rivista “Proceedings of the National Academy of Science of the USA” analizza il meccanismo che ci porta a provare una specifica emozione a fronte di determinati stimoli e trova nel cuore la radice delle emozioni.
"Che il corpo giochi un ruolo fondamentale nel definire gli stati emotivi è ormai ampiamente riconosciuto dalla comunità scientifica – spiega Gaetano Valenza, docente di bioingegneria al Dipartimento di Ingegneria dell’Informazione dell’Università di Pisa e ricercatore al Centro “E. Piaggio” – Tuttavia, se escludiamo alcune teorie proposte agli inizi del secolo scorso, fino ad ora l’attività cardiovascolare è stata vista come un semplice supporto metabolico a sostegno del cervello. E solo il cervello sarebbe la sede dei processi biologici responsabili dell’esperienza emotiva cosciente. Noi abbiamo invece evidenze del fatto che l’attività cardiovascolare gioca un ruolo causale nell'iniziare e nel sentire una specifica emozione, e precede temporalmente l’attivazione dei neuroni della corteccia cerebrale. In sostanza, per dirla parafrasando William James, che fu il padre, insieme a John Lange, della cosiddetta teoria periferica delle emozioni, non abbiamo la tachicardia perché abbiamo paura, ma la sensazione di paura è l’esperienza emotiva cosciente innescata dalla tachicardia”.
Per dimostrare questa teoria sono stati utilizzati modelli matematici complessi applicati ai segnali elettrocardiografici ed elettroencefalografici in soggetti sani durante la visione di filmati con contenuto emotivo altamente spiacevole o piacevole. I ricercatori hanno così scoperto che nei primi secondi lo stimolo modifica l’attività cardiaca, che a sua volta induce e modula una specifica risposta della corteccia. Un continuo e bidirezionale scambio di informazioni tra cuore e cervello sottende quindi l’intera esperienza cosciente dell’emozione e, soprattutto, della sua intensità. “Ovviamente – prosegue Valenza – la complessità delle emozioni che proviamo deriva da uno scambio molto complesso tra il nostro sistema nervoso e i vari sistemi "periferici", ma è l’attività cardiaca, e non quella cerebrale, a dare il via all’esperienza emotiva.”
Per potere estrarre da una semplice analisi dell’ECG la valutazione di uno stato emotivo, i ricercatori hanno sviluppato delle equazioni matematiche in grado di "decodificare" continuamente la comunicazione cuore-cervello nei diversi stati emozionali. In pratica, data una certa dinamica cardiaca, in un futuro prossimo, potrebbe essere possibile comprendere quale emozione è stata provata dal soggetto sotto osservazione, per esempio utilizzando uno smartwatch.
“La scoperta può avere delle ricadute molto rilevanti sulla comprensione dei disturbi psichici e sulla loro relazione con la salute fisica – afferma Claudio Gentili, del Dipartimento di Psicologia Generale e Centro per i Servizi Clinici Psicologici dell’Università di Padova – e può spiegare perché soggetti con disturbi affettivi, come la depressione, sono associati ad una maggior probabilità di sviluppare patologie cardiache, o, viceversa, tra soggetti con problemi cardiaci quali patologie coronariche o aritmie si riscontra un incremento di ansia e depressione. Il nostro lavoro, oltre a riportare in auge la teoria della genesi periferica delle emozioni, conferma le più recenti posizioni neuroscientifiche che propongono di superare il dualismo tra il cervello inteso come organo esclusivo della mente e il corpo, suggerendo come noi non siamo (solo) il nostro cervello”.
Il microbiota intestinale – conosciuto da tutti come microflora intestinale – svolge un ruolo fondamentale nello sviluppo e nel mantenimento della funzione del sistema immunitario e nella regolazione del peso corporeo. Nuovi studi suggeriscono che il microbiota potrebbe essere coinvolto anche nella via di comunicazione tra centro e periferia chiamata asse intestino-cervello, modulando le funzioni cerebrali e infine il nostro comportamento.
Per esaminare in modo dettagliato la connessione tra microbiota e cervello, Paola Tognini, ricercatrice del Dipartimento di Ricerca traslazionale (Unità di Fisiologia) dell’Università di Pisa, in collaborazione con il professor Tommaso Pizzorusso della Scuola Normale Superiore, hanno studiato come segnali provenienti dai batteri intestinali possano influenzare la plasticità neuronale. Lo studio, dal titolo The gut microbiota of environmentally enriched mice regulates visual cortical plasticity, è stato pubblicato sulla prestigiosa rivista scientifica internazionale Cell Reports ed è frutto di una collaborazione tra Università di Pisa, Scuola Normale Superiore, Istituto di Neuroscienze del CNR, Fondazione Stella Maris e Università di Milano.
“La plasticità cerebrale o neuronale è la capacità del nostro cervello di cambiare in risposta a stimoli provenienti dall’ambiente esterno e/o in risposta alle nostre esperienze. Il cervello è più plastico, e quindi tende a modificarsi durante l’età giovanile, mentre i suoi circuiti sono più stabili e quindi resistenti al modificarsi durante l’età adulta. Nel nostro studio abbiamo cercato di capire se segnali provenienti dal microbiota intestinale potessero riattivare la plasticità nel cervello adulto – spiegano Paola Tognini e Tommaso Pizzorusso – Per raggiungere questo obiettivo, abbiamo sfruttato il sistema visivo come modello, proprio perché gli animali adulti normalmente non mostrano plasticità in questa area del cervello”.
I ricercatori hanno allevato i topolini in un ambiente particolare caratterizzato da un incremento nelle esperienze sensoriali, sociali e che favorisce l’attività fisica. Questi topi, definiti “arricchiti”, avevano un microbiota differente da quello dei topi allevati nelle classiche gabbie da laboratorio e mostravano plasticità cerebrale, come accade negli animali giovani. Tuttavia, quando questi topi erano privati del loro microbiota, la riattivazione della plasticità neuronale era completamente annullata, suggerendo che segnali provenienti dall’intestino fossero responsabili dell’effetto. Infine, il trasferimento del microbiota intestinale tramite trapianto fecale da topi arricchiti plastici a topi standard, che non hanno un cervello plastico, causava un aumento di plasticità neuronale nei topi riceventi.
“Il nostro studio introduce un concetto nuovissimo, ossia quello dell'esistenza di una connessione “esperienza-microbiota intestinale-cervello”: le nostre esperienze non solo influenzano il cervello direttamente ma anche tramite segnali provenienti dal nostro intestino”. Allo studio hanno dato un fondamentale contributo anche i giovani dottorandi della Scuola Normale Superiore Leonardo Lupori e Sara Cornuti.
L’implicazione dei risultati raggiunti con questo studio è ampia e non limitata ai sistemi sensoriali e alla corteccia visiva. Infatti, la ricerca potrebbe aprire nuove frontiere per promuovere la plasticità neuronale in malattie del neurosviluppo o neurodegenerative, basandosi su strategie terapeutiche atte a modulare l’asse intestino-cervello.