Integrazione multisensoriale e autismo

Il disturbo dello spettro autistico è caratterizzato da una grave compromissione delle capacità di comunicazione e d'interazione sociale. Tale aspetto può essere la conseguenza di un ritardo dello sviluppo, in particolare della capacità di integrare stimoli di modalità diverse (audio-visive). Infatti, l'integrazione multisensoriale è il meccanismo che ci permette di elaborare al meglio le proprietà visive e acustiche degli stimoli, essenziali per la comprensione del linguaggio; nella vita di tutti i giorni, il linguaggio ci appare infatti sotto forma di stimoli acustici, dati dai fonemi, e di stimoli visivi, dati dalla lettura labiale. È stato sperimentalmente osservato che, nei bambini autistici, questi processi di integrazione multisensoriale risultano compromessi. Nel presente lavoro si adotta l’ipotesi secondo cui tale insufficiente integrazione sia determinata da una ridotta maturazione delle sinapsi cross-modali, che collegano le aree acustiche e visive, e permettono l’integrazione fra fonemi e movimenti labiali. Si ipotizza che queste sinapsi risultino particolarmente deboli negli autistici, e ciò influisce inevitabilmente sull'integrazione degli stimoli a livello multisensoriale. La tesi, dopo un lavoro di rassegna della letteratura, descrive un recente modello matematico che riproduce il processo neurale di integrazione degli stimoli. Sulla base di tale modello, sono state eseguite diverse simulazioni, col fine di mostrare le differenze tra gli individui neurotipici e quelli autistici.

Studio dell'integrazione multisensoriale nella corteccia attraverso rete neurale

L'argomento di questa tesi è la multisensorialità sensoriale. L'obbiettivo che abbiamo perseguito è stato quello di utilizzare un modello sviluppato in precedenza per effettuare un'analisi di sensitività e capire il ruolo che hanno i vari fattori per lo sviluppo della rete neurale. Inoltre abbiamo cercato di mostrare come effettivamente tale modello, come da letteratura, effettui una stima bayesiana. Al termine di questo lavoro si è evidenziata la forte influenza degli stimoli cross-modali nell'adattamento automatico della rete verso stimoli più precisi e del ventriloquismo necessario a ponderare gli stimoli a seconda del loro grado di affidabilità. Inoltre è stato dimostrato che attraverso l'utilizzo di una regola di apprendimento realistica, la rete neurale può imparare la funzione di verosimiglianza. Uno stimatore bayesiano di questo tipo riesce a rappresentare realisticamente l'integrazione multisensoriale che il nostro cervello deve intraprendere quando si trova davanti a più stimoli di natura sensoriale diversa. Molto interessanti anche gli sviluppi possibili di questo progetto che verranno accennati nelle ultime parti di questa tesi.

Analisi neurocomputazionale dell'integrazione multisensoriale in soggetti neurotipici e sofferenti di disturbi dello spettro autistico

L'obiettivo prefissato è quello di sviluppare una rete neurale modificando un modello preesistente che permetta di analizzare e comprendere in termini matematici i processi neurali alla base dell'integrazione multisensoriale in soggetti sofferenti di disturbo dello spettro autistico confrontandoli con soggetti neurotipici, concentrandosi sul ruolo delle sinapsi feedforward (dirette dalle aree unisensoriali alla multisensoriale).

Modello matematico dell'integrazione audio-visiva e del suo sviluppo in un ambiente multisensoriale

L'integrazione multisensoriale è la capacità da parte del sistema nervoso centrale di integrare informazioni provenienti da diverse sorgenti sensoriali. In particolare, l'integrazione audio-visiva avviene anche nelle cortecce visive e acustiche, in principio ritenute puramente unisensoriali. L'integrazione audio-visiva non è un'abilità innata, ma si sviluppa progressivamente nel tempo sulla base dell'esperienza. In questa Tesi viene presentato un modello matematico di rete neurale in grado di simulare lo sviluppo in un ambiente multisensoriale dei neuroni delle cortecce primarie visive e uditive nei primi mesi di vita di un neonato, e gli effetti dell'integrazione audio-visiva successivi a tale addestramento. In particolare il modello vuole mostrare, a partire da una condizione basale in cui i neuroni visivi e acustici non sono in grado di discriminare spazialmente la posizione degli input esterni e in cui non sussiste alcuna correlazione tra le due aree corticali primarie visive e uditive, come l'addestramento migliori la precisione della percezione spaziale degli stimoli esterni e come si stabiliscano tra le due aree in esame dei collegamenti stabili a lungo termine. Terminato l'addestramento, si verifica se la rete sia in grado di riprodurre gli effetti di integrazione audio-visiva nella corteccia primaria, quali la "cattura" dello stimolo acustico da parte di quello visivo (ventriloquismo) e il rafforzamento della risposta neurale allo stimolo acustico se contemporaneamente accompagnato da uno stimolo visivo nella stessa posizione spaziale (enhancement). Il modello potrebbe essere utilizzato in futuro anche per simulare altri fenomeni illusori come il fenomeno offline del ventriloquismo e il ventriloquismo a livello temporale.

Modello di rete neurale per lo studio di fenomeni di integrazione visuoacustica in soggetti sani e patologici

L’integrazione multisensoriale è la capacità del sistema nervoso di utilizzare molteplici sorgenti sensoriali. Una tra le più studiate forme di integrazione è quella tra informazioni visive ed acustiche. La capacità di localizzare uno stimolo acustico nello spazio è un processo meno accurato ed affidabile della localizzazione visiva, di conseguenza, un segnale visivo è spesso in grado di “catturare” (ventriloquismo) o di incrementare (enhancement multisensoriale) la performance di localizzazione acustica. Numerose evidenze sperimentali hanno contribuito ad individuare i processi neurali e le aree cerebrali alla base dei fenomeni integrativi; in particolare, un importante contributo viene dallo studio su soggetti con lesioni cerebrali. Tuttavia molti aspetti sui possibili meccanismi coinvolti restano ancora da chiarire. Obiettivo di questa tesi è stato lo sviluppo di un modello matematico di rete neurale per fare luce sui meccanismi alla base dell’interazione visuo-acustica e dei suoi fenomeni di plasticità. In particolare, il modello sviluppato è in grado di riprodurre condizioni che si verificano in-vivo, replicando i fenomeni di ventriloquismo ed enhancement in diversi stati fisiopatologici e interpretandoli in termini di risposte neurali e reciproche interazione tra i neuroni. Oltre ad essere utile a migliorare la comprensione dei meccanismi e dei circuiti neurali coinvolti nell’integrazione multisensoriale, il modello può anche essere utile per simulare scenari nuovi, con la possibilità di effettuare predizioni da testare in successivi esperimenti.

Ricostruzione delle sorgenti corticali da segnali EEG in task di discriminazione visiva: Effetto di training multisensoriale

I neuroni in alcune regioni del nostro cervello mostrano una risposta a stimoli multisensoriali (ad es. audio-visivi) temporalmente e spazialmente coincidenti maggiore della risposta agli stessi stimoli presi singolarmente (integrazione multisensoriale). Questa abilità può essere sfruttata per compensare deficit unisensoriali, attraverso training multisensoriali che promuovano il rafforzamento sinaptico all’interno di circuiti comprendenti le regioni multisensoriali stimolate. Obiettivo della presente tesi è stato quello di studiare quali strutture e circuiti possono essere stimolate e rinforzate da un training multisensoriale audio-visivo. A tale scopo, sono stati analizzati segnali elettroencefalografici (EEG) registrati durante due diversi task di discriminazione visiva (discriminazione della direzione di movimento e discriminazione di orientazione di una griglia) eseguiti prima e dopo un training audio-visivo con stimoli temporalmente e spazialmente coincidenti, per i soggetti sperimentali, o spazialmente disparati, per i soggetti di controllo. Dai segnali EEG di ogni soggetto è stato ricavato il potenziale evento correlato (ERP) sullo scalpo, di cui si è analizzata la componente N100 (picco in 140÷180 ms post stimolo) verificandone variazioni pre/post training mediante test statistici. Inoltre, è stata ricostruita l’attivazione delle sorgenti corticali in 6239 voxel (suddivisi tra le 84 ROI coincidenti con le Aree di Brodmann) con l’ausilio del software sLORETA. Differenti attivazioni delle ROI pre/post training in 140÷180 ms sono state evidenziate mediante test statistici. I risultati suggeriscono che il training multisensoriale abbia rinforzato i collegamenti sinaptici tra il Collicolo Superiore e il Lobulo Parietale Inferiore (nell’area Area di Brodmann 7), una regione con funzioni visuo-motorie e di attenzione spaziale.

Flessibilità nell'abitare : riqualificazione e integrazione dell'Ex Filanda Majani a Forlì

Nel tentativo di rispondere alle esigenze valutate in seguito all’analisi del centro storico in base a differenti profili investigativi, si è formulato un programma di intervento con obiettivi e strategie codificate. In modo particolare viene privilegiata l’indagine effettuata a livello sociale sulla popolazione del centro storico, ambito di ricerca necessario per una buona premessa per un progetto che ha come oggetto l’abitare. Da queste considerazioni nasce l’idea del progetto dove il tema della residenza si inserisce in un contesto urbano in stretta relazione con il tessuto storico della città di Forlì. L’individuazione dell’area di progetto, situata in una posizione di confine tra due realtà differenti, il centro storico e la circonvallazione che lo racchiude, suggerisce la necessità di stabilire attraverso collegamenti perdonali e ciclabili fra l’area in esame e la periferia esterna una configurazione dinamica, dove il vuoto urbano che si presenta è lo scenario ideale per ristabilire una porta moderna alla città, ricomponendo la leggibilità tra la sfera naturale e quella insediativa. Alla scala urbana l’obiettivo è quello di stabilire il ruolo di centralità dell’area, nel suo insieme, restituendo ai fatti urbani della città le funzioni di interesse pubblico generale. La zona oggetto di discussione è un nodo urbano in cui coesistono manufatti di pregio architettonico e storico come quello della Filanda in oggetto e dell’Ex Complesso conventuale della Ripa, in grado di essere potenziali contenitori di funzioni pubbliche di alto livello, e aree verdi da riqualificare, con forte propensione all’uso pubblico, come gli Orti di via Curte. Sotto questo profilo deve essere valutata anche la tematica del rapporto con l’architettura antica, tenendo in considerazione l’effetto di impatto che i nuovi interventi avranno sull’esistente. È dunque il sito di progetto che detta le metodologie di approccio legate alla necessità di un intervento sostenibile e non invasivo. Partendo da queste considerazioni si sviluppano le tematiche legate alla flessibilità e alle sue coniugazioni. La società contemporanea che ci impone ogni giorno modelli di vita sempre nuovi e la necessità di movimento e trasformazione, ci mette di fronte più che mai al bisogno di progettare spazi non rigidi, ma aperti alle molteplici possibilità d’uso e ai cambiamenti nel tempo. La flessibilità viene dunque concepita in relazione ai concetti di complessità e sostenibilità. Se da una parte è necessario riconoscere la molteplicità dei modi d’uso con i quali l’oggetto dovrà confrontarsi ed assumere il carattere aleatorio di qualsiasi previsione relativa ai modelli di comportamento dell’utenza, dall’altra occorre cogliere all’interno del progetto della residenza flessibile la possibilità di pervenire a un costruire capace di riconfigurarsi di volta in volta, adattandosi alle differenti condizioni d’uso, senza dover procedere a drastiche modifiche che impongono la dismissione di materiali e componenti. Il sistema della stratificazione a secco può essere quello che attualmente meglio risponde, per qualità ed economicità, ai concetti della biologia dell’abitare e della casa intelligente, nozioni che acquisiscono sempre più importanza all’interno di una nuova concezione della progettazione. Si sceglie dunque di riportare la Filanda, quanto possibile, alla riconfigurazione originaria, prima che la corte interna fosse completamente saturata di depositi e magazzini come ci si presenta oggi e di concepire una nuova configurazione di quello che diventa un isolato urbano integrato nel tessuto storico, e nodo strutturante per un’area più vasta. Lavorando sulla residenza occorre mettere in primo piano il protagonista dell’architettura che si va a progettare: l’uomo. Per questo la scala urbana e la dimensione umana devono essere concepite parallelamente e la progettazione della cellula di base che si struttura secondo le modalità premesse di flessibilità e sostenibilità si sovrappone all’obiettivo di individuare all’interno del vuoto urbano, una nuova densità, dove il dialogo tra pubblico e privato sia il presupposto per lo sviluppo di un piano integrato e dinamico.