Scienze biologiche
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Browsing Scienze biologiche by Author "Battaglini, Piero Paolo"
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- PublicationLa cognizione numerica nelle specie animali: abilità protomatematiche nell'anfibio anuro Bombina orientalis(Università degli studi di Trieste, 2011-04-11)
;Stancher, Gionata ;Battaglini, Piero PaoloVallortigara, GiorgioRicerche nell’ambito della psicologia comparata hanno rilevato soprattutto nell’ultimo decennio la presenza di abilità proto-matematiche in specie animali filogeneticamente molto distanti e nei bambini in età preverbale, abilità che comprendono la possibilità di rappresentare le quantità del mondo esterno e di manipolarle in forma di confronto, di addizioni o sottrazioni, il tutto in assenza delle facoltà linguistiche. Una delle forme più semplici di rappresentazione delle quantità è legata alla discriminazione numerica, la capacità ovvero di emettere giudizi di non eguaglianza tra gruppi di oggetti (Vallortigara et al., 2010). Tale prestazione può essere realizzata nel contesto di una selezione tra stimoli alimentari visibili o non visibili al momento della scelta, oppure ancora nel contesto del cosiddetto “paradigma della violazione dell’aspettativa” (Wynn, 1992). Nonostante le diversità nelle procedure utilizzate, sono emersi degli evidenti parallelismi tra specie diverse – parallelismi che includono la presenza di simili limiti nelle prestazioni (Feigenson et al., 2002) – e che fanno propendere per un’origine ancestrale comune delle abilità proto-matematiche (Piazza et al., 2004; Vallortigara et al., 2010). Lo studio parallelo dei substrati cerebrali che sottendono le diverse forme di valutazioni ha evidenziato nell’essere umano la presenza di una fondamentale indipendenza delle valutazioni proto-matematiche rispetto a quelle forme che richiedono l’accesso a facoltà linguistiche (come l’atto del contare) ed individuato nel Solco intraparietale bilaterale l’area a livello della quale viene costruita una rappresentazione semantica non verbale delle quantità numeriche (ovvero delle grandezze numeriche e delle relazioni tra numeri) (Dehaene et al., 2003; Piazza & Izard, 2009). A livello di questa regione e nella corteccia prefrontale sono stati individuati i cosiddetti number neurons, popolazioni di neuroni che rispondono selettivamente a specifiche numerosità (Nieder et al., 2002). Tuttavia, al fine di poter concludere che una specie animale è in grado di rappresentare l’informazione numerica estratta dall’ambiente esterno, è necessario escludere che la scelta, per esempio nel contesto della semplice discriminazione numerica, sia stata guidata da una qualsiasi delle variabili che tendono a co-variare con il numero, e che sono dette variabili continue. Questa operazione è chiaramente necessaria al fine di poter concludere che si tratta di una discriminazione propriamente numerica, piuttosto che di una discriminazione di quantità (Vallortigara et al., 2010). Il presente lavoro si è posto come principale finalità quella di sottoporre ad indagine sperimentale la presenza, nell’anfibio anuro Bombina orientalis, di una tendenza a discriminare tra gruppi contenenti differenti numerosità di uno stimolo alimentare. Ciò ha compreso obiettivi come individuare eventuali limiti nelle capacità discriminative dei soggetti (in particolare in relazione alla grandezza delle quantità confrontate e al loro rapporto numerico), confrontare le prestazioni osservate con quelle note in altre specie animali al fine di individuare un terreno comune per le facoltà cognitive in ambito proto-numerico e, infine, verificare il ruolo della variabile numerica e/o di eventuali altre variabili “continue” nel guidare la scelta dei soggetti. Un totale di 14 soggetti adulti appartenenti alla specie Bombina orientalis sono stati sottoposti a test ripetuti che li vedevano impegnati in un compito di scelta libera in un contesto di discriminazione numerica tra due gruppi di stimoli alimentari di differente numerosità. I soggetti compivano la scelta partendo da una posizione neutrale nei confronti dei due gruppi e in nessun caso venivano rinforzati. I risultati mostrano che i soggetti hanno espresso scelte statisticamente significative per il gruppo più numeroso – ciò in linea con le previsioni dettate dalla teoria del foraggiamento ottimale –nel caso dei confronti 1 vs. 2 (p=0.0009), 2 vs. 3 (p= 0.0489) ma non 3 vs. 4 (p= 0.4816), dimostrando quindi di essere in grado solo nei primi due casi di discriminare tra le due quantità proposte. D’altra parte, aumentando la distanza tra le quantità confrontate, ma mantenendone constante il rapporto, Bombina orientalis dimostra di riuscire a superare il limite precedentemente individuato di 3 unità, riuscendo dunque nelle discriminazioni 3 vs. 6 (p= 0.0046) e 4 vs. 8 (p= 0.0059) con rapporto pari ad ½, ma non 4 vs. 6 (p= 0.2241) con rapporto pari a 2/3. Questi risultati sono coerenti con quelli ottenuti in altre specie animali ed anche nei bambini in età pre-verbale, con particolare riferimento alla presenza di un limite assoluto per la discriminazione di piccole numerosità e un limite dipendente dal rapporto (che quindi segue la legge di Weber) per la discriminazione di “grandi” quantità (Feigenson & Carey, 2005; Feigenson et al., 2002). Gli esperimenti volti ad indagare la natura della rappresentazione numerica alla base delle prestazioni osservate si sono concentrati sull’esclusione delle variabili continue maggiormente sospettate di guidare la scelta degli anfibi anuri in un contesto alimentare. Tra queste hanno ricevuto particolari attenzioni il peso, il volume e l’area complessiva degli stimoli, la densità degli stessi e il loro movimento. Si è tentato in particolare di pareggiare le suddette variabili continue tra i due gruppi nel caso di peso, densità e movimento, mentre nel caso di volume e perimetro queste due variabili sono state poste contro il numero. I risultati ottenuti dimostrano che i soggetti conservano una preferenza statisticamente significativa per il gruppo più numeroso quando peso, densità e movimento sono equiparati tra i due gruppi. Anche quando volume e perimetro sono posti contro il numero (cioè maggiori nel gruppo meno numeroso), i soggetti continuano a preferire il gruppo numericamente maggiore. I risultati ottenuti, anche se necessitano di ulteriori approfondimenti, fanno propendere verso l’ipotesi che Bombina orientalis sia in grado di utilizzare l’informazione numerica estraendola dall’ambiente circostante nel contesto della risposta di predazione, ciò che costituisce un ulteriore elemento a favore dell’esistenza di un “core knowledge system” relativo all’ambito matematico condiviso tra le specie animali e quindi tra esse omologo.1687 2953 - PublicationDevelopment and testing of applications and algorithms to improve BCI systems performance.(Università degli studi di Trieste, 2015-04-17)
;Turconi, Marcello MariaBattaglini, Piero PaoloSviluppo e validazione di nuove applicazioni di Interfaccia Cervello-Computer (Brain-Computer Interfaces, o BCIs) basati su elettroencefalografia. I sistemi sviluppati includono sia BCI di tipo comunicativo-assistenziale (basate su una risposta cognitiva conosciuta come P300), sia BCI di tipo riabilitativo (basate sulla modulazione volontaria dei cosiddetti ritmi sensorimotori) rivolte a pazienti affetti da Malattia di Parkinson.864 869 - PublicationIn vivo characterization of cerebral networks with functional and structural magnetic resonance techniques(Università degli studi di Trieste, 2014-04-11)
;Mastropasqua, Chiara ;Battaglini, Piero Paolo ;Cercignani, MaraBozzali, MarcoLo studio delle connessioni anatomiche e funzionali del cervello risulta essere un passo essenziale per comprendere i meccanismi alla base del funzionamento cerebrale. Diverse tecniche di Neuroimmagini sono state sviluppate negli ultimi anni al fine di approfondire la conoscenza della connettività cerebrale umana in vivo. Il presente studio si articola in quattro differenti esperimenti condotti su gruppi di soggetti sani e non, per valutare la validità di differenti tecniche e della loro combinazione nella caratterizzazione della connettività anatomica e funzionale e delle alterazioni che essa subisce nell'ambito di differenti patologie.693 967 - PublicationNew applications of neurofeedback techniques for cognitive rehabilitation in Parkinson's disease(Università degli studi di Trieste, 2015-04-17)
;Lavermicocca, ValentinaBattaglini, Piero PaoloObjective: Parkinson's disease (PD) is a neurodegenerative disorder characterized by dopamine depletion in the striatum. Clinical studies show that the main function of the basal ganglia is related to motor behavior. However, PD is characterized by a series of non-motor symptoms. In fact, basal ganglia establish important anatomical connections with prefrontal areas through dorsolateral, orbitofrontal and anterior cingulated circuits, respectively involved in executive functions, regulation of social behaviour and motivation. Although cognitive decline insidiously occurs, PD patients show cognitive slowing and executive dysfunction at early stages; this condition can evolve into mild cognitive impairment before and subcortical dementia later. While motor symptoms show a good response, cognitive symptoms do not seem to adequately respond to the drug therapy. Neurofeedback (NF) is a conditioning method for the self-regulation of brain activity based on real-time feedback of EEG/fMRI signal. During NF training, patients learn to modulate their brainwave pattern, in order to improve cognitive or motor performances. The study aims to investigate the possible effect of specific Neurofeedback techniques on cognitive performance (particularly attentive) of patients with idiopathic PD and their impact on daily activities, in terms of change in scores at the neurocognitive assessment. Methods: 20 patients were recruited affected by idiopathic PD staged according to the Hoehn & Yahr scale and previously cognitively evaluated. Patients were selected according to the following inclusion criteria: aged from 55 to 85, intact or correct auditory and visual functions, phase on of dopaminergic therapy. Patients with previous cerebrovascular insults, with psychosis, with severe dyskinesias and patients taking ChIs drug were excluded. The sample was divided into two groups of 10 patients homogeneous for age, education level, cognitive impairment and disease severity, randomized to the experimental protocol (NF training) and to the traditional protocol (conventional computerized cognitive training). The experimental protocol consists of 2 weekly sessions of 40 minutes each (30 minutes NF Attention Training/10 minutes muscle relaxation). The traditional protocol consists of 2 weekly sessions of 40 minutes each (30 minutes conventional cognitive training /10 minutes muscle relaxation). The rehabilitation program has planned, in both group, 24 sessions of training. Treatment efficacy have been evaluated through an ANOVA model with a factor between subject (treatment) and a factor within subject (before-after the treatment). All analysis have been performed with SAS Software V 9.4 for PC. Significance level have been stated as p<0.05. Results: At the end of treatment path, cognitive re-evaluation showed a significant increase in scores in both groups; PD patients significantly improved in all investigated cognitive functions (attention, set-shifting, executive functions, verbal fluency, immediate and delayed memory, and visuospatial reasoning) compared with their baseline assessments, with a positive impact on reaction time, processing speed and global cognition. The comparison between cognitive performances showed no significant differences between the two groups linked to the type of treatment carried out (NF or conventional computerized training). However, the degree of satisfaction for treatment was significantly greater in the NF group, in term of general satisfaction and technical quality. To notice that in both groups the 4 months after the end of treatment follow-up control put into evidence a decrease in scores to baseline levels. It’s probably due to the degenerative nature of the disease. Conclusions: Both approaches to cognitive training, classic computerized cognitive training and neurofeedback training, as long as applied for a long time seems to improve cognitive abilities in PD patients with mild cognitive impairment who have a higher risk of developing dementia. The increase in the satisfactory levels of the experimental group appears to be due to how patients perceive the control they have on their cognitive performance (assumption of NF training), thus increasing the sense of self-efficacy. However, our experience so far shows that patients periodically need reminder therapy, otherwise recurrence of cognitive dysfunction is observed.6867 1334 - PublicationNuovi sistemi per la comunicazione alternativa basati su Brain Computer Interface.(Università degli studi di Trieste, 2014-04-11)
;Jarmolowska, JoannaBattaglini, Piero PaoloLa comunicazione alternativa attraverso le BCIs può risultare uno strumento per agevolare le condizioni di vita di pazienti affetti dai disturbi neurologici. La comunicazione via BCI è ancora molto più lenta rispetto alla comunicazione con il linguaggio naturale. L’obiettivo di questo lavoro di tesi si inserisce in tale ambito, consistendo nello sviluppo di nuove applicazioni in grado di migliorare la velocità di comunicazione con utilizzo delle BCIs. Sono stati sviluppati due sistemi di comunicazione alternativa basati sulla componente P300. Il primo sistema chiamato ‘Multimenu’ permette una selezione veloce di messaggi e di comandi impostati in una struttura gerarchica. Il secondo sistema di tipo predittivo, denominato PolyMorph, grazie ad algoritmi appositamente sviluppati, predice i caratteri e/o le parole successivi a quelli già selezionati in precedenza.733 3315 - PublicationTranscranial magnetic stimulation in the planning and execution of reaching movements(Università degli studi di Trieste, 2009-03-27)
;Busan, PierpaoloBattaglini, Piero PaoloThe neurophysiology of the monkey and human brain shows that transformation of visuomotor coordinates is related to the activation of a distributed and complex population of parietal, premotor and motor neurons. We can think about these circuits like different cortical areas activated in different times during reaching and grasping planning and execution, with different relations and communications among them. In this theoretic field, my PhD project was aimed at investigating the organization of planning and execution of visually guided reaching movements in the human brain, by means of Transcranial Magnetic Stimulation (TMS) in healthy subjects. I obtained a temporal and spatial map of both hemispheres, in order to refine available information about this complex system. In the contra-lateral hemisphere, an acceleration of reaction time was found when delivering TMS, on superior occipital lobe, at 50% of medium reaction time, without preferences for reaching direction in the peripersonal space. With the same time of stimulation, an acceleration of reaction times was also evident when stimulating the region of the parieto-occipital sulcus, but only for straight-forward reaching. Finally, in posterior superior parietal lobule slower reaction times were evident when TMS was delivered at 75% of the medium reaction time, but only for straight-forward reaching. Another facilitation of reaction time was evident in one of the five points stimulated in left parietal cortex, when TMS was delivered at 75% of medium reaction time, with no peripersonal space preferences. In dorsal premotor cortex another facilitation in reaction time was found, when TMS was delivered at 75% of medium reaction time, again with no peripersonal space preferences. Finally, I investigated the right hemisphere in cortical points homologue to those of the left hemisphere. Results indicated that only the region of the dorsal parieto-occipital sulcus is bilaterally involved. In fact, slower reaction times were evident when TMS was delivered at 75% of the medium reaction time. This indicates temporal differences in activation between left and right parieto-occipital sulcus. In all the effective points, the execution of control experiments showed that findings were specifically related to the planning of reaching movements, excluding the possibility of attentional, motor or perceptual effects, and that they were not due to diffusion of current to primary motor cortex. When delivering TMS during execution of reaching movements, effects were evident only when pulses were applied at 50% of medium movement time. In particular, a delay in movement time was evident in the parietal and premotor regions. Also in this case, control experiments excluded that effects were due to current diffusion to primary motor cortex and assured the specificity of the effect for visually-guided reaching. Present findings suggest that planning of reaching with right hand in healthy subjects starts early in left superior occipital cortex and in parieto-occipital region. Successively, a parallel and diffuse pattern of activation is evident. This pattern involves a specific point of superior parietal lobule in a ventral and rostral left parietal position, and a more anterior point of the premotor dorsal cortex, where a parallelism in activation could be speculated. Moreover, an interference in late motor planning in right and ipsilateral parieto-occipital cortex was evoked, that could be in strict functional and temporal relation with the homologue result obtained in left parieto-occipital region. Consequently, it could be suggested that even if planning of reaching movements relies principally on contra-lateral hemisphere, a bilateral involvement might also occur at least in parieto-occipital cortex. On the other hand, cortical structures in contra-lateral hemisphere seem to be involved in the control of on-line reaching movements only when the hand is approaching the target. In the present study, effects were reported only for parietal and premotor cortices. This suggests that the affected areas might be more involved in the control of on-line movements, confirming the pivotal role of the parietal cortex in managing visuomotor information. In conclusion, this research project contributes to the understanding of the cortical dynamics involved in the planning and control of reaching movements. Specifically, new insights are provided about the temporal involvement of the different cortical regions being part of the process.1216 1795