Modellistica, identificazione e controllo ottimo nei sistemi biologici e biomedici

Linee di ricerca:

  • Problemi di stima e controllo ottimo
  • Analisi e modellistica di sistemi metabolici
  • Metodi e tecniche per la neuroingegneria
  • Ottimizzazione computazionale e controllo ottimo in medicina e biologia

Membri:
Carlo Bruni, Alberto De Santis, Lorenzo Farina, Daniela Iacoviello, Serenella Salinari (leader)

Dottorandi:

Federico Papa, Valentina Russo, Ilenia Toppi.

Post Doc:
Laura Astolfi.

L’attività di ricerca in questa area, in particolare nelle applicazioni biomediche, ha costituito un settore di interesse del Dipartimento fin dai primi anni ‘70 quando nell’allora Istituto di Automatica sono state svolte ricerche relative a biomeccanica, protesi di arti e modelli di crescita cellulare. Attualmente l’attività di ricerca comprende sia lo sviluppo di metodologie generali di teoria dei modelli, della stima e del controllo ottimo, sia la loro applicazione allo studio di sistemi biologici e biomedici. In tale contesto i principali temi di ricerca che coinvolgono, a differenti livelli di impegno, i ricercatori operanti in quest’area sono:
- Strategie di misura in problemi di filtraggio e controllo ottimo;
- Modelli statistici per il trattamento di dati per la diagnosi di patologie della retina;
- Modellistica e stima di parametri della risposta di sferoidi tumorali alla radioterapia;
- Modellistica e analisi di dati relativi al metabolismo del glucosio e alla sua interazione con i lipidi;
- Stima della connettività cerebrale nell’uomo tramite modelli funzionali e/o strutturali;
- Implementazione di dispositivi di interazione cervello-calcolatore (Brain Computer Interface-BCI) basati su parametri dell’attività corticale stimata dall’EEG di superficie o sull’analisi in tempo reale di sequenze visive;
- Metodi di analisi di immagini biomediche finalizzate allo sviluppo di tecniche di segmentazione che ottimizzino l’informazione ricavabile da diversi tipi di immagini (immagini di mammografia, della pupilla, del fegato ecc.);
- Ottimizzazione computazionale in settori applicativi della “Systems Biology;”
- Rimodellamento ottimo dell’osso in relazione all’interazione con strutture rigide leggere.

L’attività futura del gruppo, nel breve termine, sarà principalmente rivolta allo sviluppo dei temi di ricerca precedentemente indicati. In particolare ci si occuperà della scelta ottima degli istanti di misura in problemi di filtraggio dei dati; dello studio dei meccanismi alla base della secrezione insulinica e dell’insulino resistenza; dell’applicazione delle tecniche di Brain Computer Interface alla riabilitazione; dell’utilizzazione degli strumenti della neuro ingegneria nel settore dell’economia/marketing; della ricerca della strategia ottima per il trattamento radioterapico dei tumori;della messa a punto di procedure statistiche per la diagnosi di patologie della retina; dell’analisi del rimodellamento osseo e l’ottimizzazione della sua topologia; dello sviluppo di metodi computazionali per l’analisi di dati espressi su tutto il genoma e lo studio delle caratteristiche topologiche e delle criticità nelle reti metaboliche.


Progetti:

Integrazione multimodale di dati EEG, MEG e fMRI per la stima dell’attività e connettività corticale nell’uomo
Febbraio

2006 - Febbraio 2008 MIUR - PRIN

Studio, progetto e realizzazione di algoritmi efficienti di classificazione mediante reti neurali artificiali di immagini di provini metallografici di ghisa sferoidale; modelli dinamici basati su reti neurali artificiali di fenomeni di frattura
Gennaio

2006 - Gennaio 2008 MIUR - PRIN


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