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La Risonanza Magnetica per Immagini rappresenta uno strumento potente per studiare la struttura e l’organizzazione funzionale del cervello, poiché combina informazioni anatomiche e funzionali. La nostra ambizione è di migliorarne la sensibilità, risoluzione e specificità, fino a renderla uno strumento diagnostico e di ricerca per studiare la funzione cerebrale e le basi neurobiologiche delle patologie del cervello.

Attività

La linea di ricerca è organizzata in laboratori con diversi obiettivi che riguardano:

  • approcci avanzati basati sulla teoria dei grafi per l' analisi di immagini strutturali e funzionali del cervello;
  • applicazioni della Risonanza Magnetica allo studio delle malattie del cervello in pazienti e in modelli animali affetti da malattie neuropsichiatriche;
  • sviluppo di nanosonde per nuove modalità di imaging funzionale combinanti l’ottica e la Risonanza Magnetica.

Laboratori

  • Il Laboratorio di Reti Cerebrali è provvisto di un cluster di calcolo con due server Dell PowerEdge con 24 processori Intel Xeon ciascuno e 512 GB RAM.
  • Il laboratorio di MRI è provvisto di un tomografo multicanale a Risonanza Magnetica Bruker PharmaScan a 7 Tesla, e di un sofisticato sistema per il controllo e il monitoraggio fisiologico; questo laboratorio si appoggia alla facility per studi in vivo del Centro Interdipartimentale Mente-Cervello dell’Università di Trento.
  • Il laboratorio di Nanosonde per Optically Detected Magnetic Resonance è provvisto di sorgenti laser di diversa lunghezza d’onda e potenza, e include un laser Coherent Verdi V5 per la stimolazione della fluorescenza nei nanodiamanti e altri materiali; inoltre, il laboratorio è equipaggiato con un microscopio a fluorescenza Nikon Eclipse T1, e con uno spettrometro a infrarossi Nicolet iS50 FT-IR. Per la preparazione e caratterizzazione dei campioni, il nostro gruppo di ricerca ha accesso agli avanzatissimi laboratori di nanofabbricazione di IIT a Genova.

Divisioni

Reti Cerebrali

I dati relativi alla registrazione di immagini neuronali possono esser rappresentati in termini di reti, o grafi, dove i nodi rappresentano distretti anatomicamente o funzionalmente definiti, e gli archi riflettono la connettività tra differenti regioni del cervello. Questo laboratorio utilizza sviluppi recenti nella teoria dei grafi e nella fisica statistica delle reti complesse per svelare la struttura e le caratteristiche topologiche della connettività cerebrale.

Alcuni dei problemi specifici che stiamo affrontando:

  • Studio della struttura modulare della connettività strutturale e funzionale del cervello con metodi avanzati di ripartizione dei grafi;
  • Identificazione e classificazione delle regioni cerebrali responsabili per l’integrazione dell’attività del cervello;
  • Identificazione di marcatori di malattie neurologiche e psichiatriche basati sulla connettività cerebrale;
  • Studio della relazione tra connettività strutturale e funzionale;
  • Studio dello sviluppo della connettività funzionale nei neonati.
Collaborazioni
  • Andrea Gabrielli e Tiziano Squartini - Istituto dei sistemi complessi, CNR, Roma
  • Guido Caldarelli – IMT, Lucca
  • Sandro Vega-Pons, Emanuele Olivetti, Paolo Avesani - NILab, FBK-CIMeC, Trento
  • Matteo Cafini, Giorgio Vallortigara – CIMeC, Università di Trento.
  • Diego Sona, Vittorio Murino – PAVIS-IIT, Genova

Neuroimaging delle dipendenze

In tale divisione ci occupiamo delle applicazioni della Risonanza Magnetica funzionale per mappare i circuiti cerebrali coinvolti nella dipendenza da droghe e alcool. In particolare, perseguiamo un approccio traslazionale per comprendere le alterazioni nella funzione, nella struttura e nella connettività cerebrale nei pazienti e in modelli animali affetti da dipendenze.  Inoltre, applichiamo metodi di imaging funzionale farmacologico, conosciuto come phMRI, per sondare gli effetti di nuovi trattamenti farmacologici.  La ricerca è co-finanziata dalla Commissione Europea all’interno del programma Horizon 2020 con il progetto “Biologia dei sistemi applicata allo studio della dipendenza da alcool” (Sybil-AA). 

Collaborazioni
  • Wolfgang Sommer e Hamid Noori – Istituto centrale sulla salute mentale, Mannheim  (Germania)
  • The Sybil-AA Consortium
  • Roberto Ciccocioppo – Università di Camerino

Nanosonde per l’imaging e ODMR

Un obiettivo a lungo termine di questo laboratorio è lo sviluppo di nuove sonde nanoscopiche per l’imaging dell’attività neuronale.

A questo scopo, stiamo studiando diversi nuovi materiali per il rilascio di agenti di contrasto e farmaci nel sistema nervoso centrale, come le nanoparticelle polimeriche biodegradabili, i nano-circuiti iniettabili e, più recentemente, i nanodiamanti.

Quest’ultima tecnologia si avvantaggia della particolare proprietà dei centri di colore NV (“Nitrogen vacancy”) del diamante. La fluorescenza dei centri NV rende possibile esperimenti di magnetometri con sensibilità elevatissima, permettendo in line di principio la misura diretta dell’attività cellulare. Il nostro laboratorio sviluppa nuovi metodi e materiali a base di diamante per il rilevamento ottico della Risonanza Magnetica (Optically Detected MR – ODMR) e la misura diretta di campi magnetici variabili nel tempo in cellule e tessuti viventi.

Collaborazioni
  • Alex Pines and Claudia Avalos – Berkeley University, CA, USA
  • Antonio Miotello and Massimo Cazzanelli – University of Trento, Italy