> FocusUnimore > numero 28 – luglio 2022
EBRAINS-Italy: Unimore partner of a research on the brain within the NRRP
Under the NRRP a proposal for a brain research infrastructure has been financed, which is coordinated by the CNR (Italian National Research Council) and which sees Unimore among the 17 participating institutions. The funding of over €22M aims to start the Italian consortium of JUDANS (European Brain Research Infrastructures) that has recently been included in the ESFRI roadmap, the set of research infrastructures permanently funded by the EU and national governments with structural funds. In this initiative, coordinated by Prof. Jonathan Mapelli of the Department of Biomedical, Metabolic and Neural Science (BMN), Unimore will participate by developing a model of the human hippocampus. Functional data of electrical activity will be acquired through multi-electrode matrices at very high resolution together with morphological information of the neurons of the human hippocampus, provided by the team of Prof. Stefano Meletti (BMN) obtained by imaging using multiphoton microscopy and light sheet microscopy in the Neurophotonics laboratory of the Neuromorphic Intelligence Laboratory (NILAB).
Finanziata nell’ambito del PNRR una proposta per un’infrastruttura di ricerca sul cervello coordinata dal CNR e che vede Unimore tra le 17 Istituzioni partecipanti.
Il finanziamento di oltre 22 milioni di euro ha come obiettivo quello di avviare il consorzio italiano di EBRAINS (European Brain Research Infrastructures) che è stato recentemente inserito nella ESFRI roadmap (European Strategy Forum on Research Infrastructures), l’insieme delle infrastrutture di ricerca finanziate stabilmente dall’UE e dai governi nazionali con fondi strutturali.
A quest’iniziativa, coordinata dal Prof. Jonathan Mapelli del Dipartimento di Scienze Biomediche, Metaboliche e Neuroscienze (BMN), Unimore parteciperà sviluppando un modello dell’ippocampo umano. Verranno acquisiti dati funzionali dell’attività elettrica tramite matrici a multielettrodo ad altissima risoluzione unitamente ad informazioni morfologiche dei neuroni dell’ippocampo umano, forniti dall’equipe del Prof. Stefano Meletti (BMN), ottenute tramite imaging a mezzo di microscopia multifotone e di microscopia a foglio di luce presente nel laboratorio di Neurofotonica del Laboratorio di Intelligenza Neuromorfa (NILAB). Questi sistemi consentono di creare scansioni confocali in tessuti spessi. I dati ottenuti saranno utilizzati per ricostruire un gemello digitale dell’ippocampo umano tramite avanzati algoritmi neuroinformatici sviluppati dal gruppo di Neurocomputazione presso il BMN.
EBRAINS è la trasformazione di The Human Brain Project (HBP) da Progetto scientifico ad infrastruttura di ricerca diffusa e formata da consorzi nazionali che si stanno formando. I consorzi nazionali (nodi) avranno in carico l’eredità scientifica di HBP dando continuità alle numerose iniziative di ricerca sul cervello umano cominciate dieci anni fa con il finanziamento Flagship della UE.
In questo contesto l’attività sperimentale e neurocomputazionale del NILAB si è sviluppata in sinergia con HBP tramite il progetto partner SMART-BRAIN per la ricostruzione morfo-anatomica di regioni ippocampali e con la collaborazione con il CNR di Palermo (capofila italiano di EBRAINS-Italy) per la generazione di un modello di ippocampo umano che possa essere utilizzato per esplorare il funzionamento in condizioni fisiologiche e patologiche di questa struttura cerebrale fondamentale per i processi di apprendimento e per l’orientamento spaziale, con la possibilità di effettuare test farmacologici digitali.
Il NILAB nasce nel 2020 come laboratorio interdisciplinare in cui neuroscienze ed ingegneria si incontrano per sviluppare un pensiero critico su differenze ed analogie tra l’intelligenza umana e quella mostrata dalle macchine, con l’ambizione di creare sistemi intelligenti in grado di replicare funzionalità tipiche dell’intelligenza umana in regime di alta efficienza energetica. Quest’attività vede coinvolti in un team interdisciplinare, oltre al Prof. Mapelli, la dott.ssa Daniela Gandolfi ed il Prof. Giuseppe Pagnoni del BMN, i Prof. Francesco Maria Puglisi e Paolo Pavan del laboratorio di Ingegneria elettronica del DIEF ed ha recentemente portato alla generazione di una nuova forma di rete neurale, biologicamente ispirata al funzionamento del cervelletto, in cui i singoli neuroni sono agenti predittivi Bayesiani dalla cui attività emerge autonomamente una forma di apprendimento associativo. Questa rete neurale si è dimostrata efficace nel compiere task di memoria associativa ed è stata tradotta in hardware dagli ingegneri del DIEF. Allo sviluppo teorico di questa nuova forma di intelligenza artificiale ha collaborato il Neuroscienziato britannico Karl Friston, fra i 20 scienziati con il maggior numero di citazioni al mondo (https://iopscience.iop.org/article/10.1088/1741-2552/ac6ca7).
Un importante aspetto dell’attività del NILAB riguarda la collaborazione con realtà aziendali come Ammagamma s.r.l. da tempo impegnata nello sviluppo di sistemi di Intelligenza Artificiale in stretta sinergia con i ricercatori di UNIMORE.
“La partecipazione a EBRAINS-Italy da parte del gruppo di ricercatori coordinato dal Prof. Mapelli – dichiara il Prof. Michele Zoli, Direttore del Dipartimento BMN – dà l’opportunità al nostro Dipartimento ed all’Ateneo di accedere ad un importante finanziamento per infrastrutture del PNRR, che potenzierà il laboratorio NILAB. Questa linea di ricerca, fortemente interdisciplinare, ha grandi prospettive sia per la comprensione del funzionamento dei circuiti cerebrali sia per generare nuovi algoritmi computazionali in ambito ingegneristico“.