Ai applied to neurological sciences and brain-computer interfaces
A.A. 2024/2025
Obiettivi formativi
The main objective of the course is to provide the students with basic understanding of neurological diseases, introducing the main clinical features, as well as their functional neurophysiological correlates.
Further aim will be to provide an introduction to the basics of Brain Computer Interfaces (BCI) principally based on oscillatory EEG activity, but also on transient EP and ERP signals. The course will introduce the main methods for acquiring and processing electrophysiological data allowing the decoding of brain activity in real time for converting it into BCI control signals.
Further aim will be to provide an introduction to the basics of Brain Computer Interfaces (BCI) principally based on oscillatory EEG activity, but also on transient EP and ERP signals. The course will introduce the main methods for acquiring and processing electrophysiological data allowing the decoding of brain activity in real time for converting it into BCI control signals.
Risultati apprendimento attesi
The students are expected to:
- Acquire basic knowledge on the major neurological disease and their clinical features
- Know the basic neural substrates of neurophysiological signals, and their alterations
- Identify the main medical applications of AI algorithms in neurological diseases
- Acquire knowledge on the available AI tools to promote early diagnosis of neurodegenerative diseases
- Explore basic principles for applications to drug discovery
- Evaluate potential applications for neuro-rehabilitative interventions
- Acquire basic knowledge of the various oscillatory and transient electrical signals of the brain
- Know which electrical marker might be more appropriate for assessing minimally conscious state, for 'mind reading', or robotic control
- Explore available techniques for EEG-based BCI applications for motor control and augmented communication.
- Acquire basic knowledge on the major neurological disease and their clinical features
- Know the basic neural substrates of neurophysiological signals, and their alterations
- Identify the main medical applications of AI algorithms in neurological diseases
- Acquire knowledge on the available AI tools to promote early diagnosis of neurodegenerative diseases
- Explore basic principles for applications to drug discovery
- Evaluate potential applications for neuro-rehabilitative interventions
- Acquire basic knowledge of the various oscillatory and transient electrical signals of the brain
- Know which electrical marker might be more appropriate for assessing minimally conscious state, for 'mind reading', or robotic control
- Explore available techniques for EEG-based BCI applications for motor control and augmented communication.
Periodo: Primo semestre
Modalità di valutazione: Esame
Giudizio di valutazione: voto verbalizzato in trentesimi
Corso singolo
Questo insegnamento può essere seguito come corso singolo.
Programma e organizzazione didattica
Edizione unica
Periodo
Primo semestre
Programma
L'obiettivo di questo corso è fornire le basi teoriche per promuovere un'interazione interdisciplinare e integrativa tra clinici, progettisti di algoritmi di IA e "scienziati dei chip" specifici per le applicazioni mediche. Verrà discussa l'interazione tra IA e neuroscienze cognitive/neuropsicologia, con particolare attenzione al modo in cui le informazioni derivate dai dati neurofisiologici possono guidare l'IA a gestire diversi effettori finali attraverso le interfacce cervello-computer (BCI). Inoltre, verrà discusso l'uso dell'IA per far progredire le conoscenze sul funzionamento del cervello con l'applicazione dell'apprendimento automatico sui segnali cerebrali.
o Il cambiamento del panorama della formazione medica, con particolare attenzione alla neurologia.
o Rilevamento e diagnosi assistiti dall'IA - neuroimaging
o Neuroriabilitazione assistita dall'IA
o Gestione delle malattie - Analisi della salute
o Neurologia e invecchiamento
o Neuroterapia assistita dall'intelligenza artificiale - scoperta di farmaci per i disturbi neurologici
o Interfacce cervello-computer (non invasive, semi-invasive, invasive, ad anello chiuso, ad anello aperto);
o Interfacce adattive
o Utilizzo di misure neurali per prevedere i risultati del mondo reale;
o Neuroscienze sociali/affettive per l'interazione uomo-macchina;
o Usabilità delle BCI nelle neuroscienze cognitive;
o BCI nella riabilitazione cognitiva e neurologica.
o Il cambiamento del panorama della formazione medica, con particolare attenzione alla neurologia.
o Rilevamento e diagnosi assistiti dall'IA - neuroimaging
o Neuroriabilitazione assistita dall'IA
o Gestione delle malattie - Analisi della salute
o Neurologia e invecchiamento
o Neuroterapia assistita dall'intelligenza artificiale - scoperta di farmaci per i disturbi neurologici
o Interfacce cervello-computer (non invasive, semi-invasive, invasive, ad anello chiuso, ad anello aperto);
o Interfacce adattive
o Utilizzo di misure neurali per prevedere i risultati del mondo reale;
o Neuroscienze sociali/affettive per l'interazione uomo-macchina;
o Usabilità delle BCI nelle neuroscienze cognitive;
o BCI nella riabilitazione cognitiva e neurologica.
Prerequisiti
Comprensione della biologia di base del sistema nervoso.
Conoscenza di base del funzionamento del cervello, con particolare attenzione all'elettrofisiologia.
Conoscenza di base del funzionamento del cervello, con particolare attenzione all'elettrofisiologia.
Metodi didattici
Lezioni frontali in inglese con diapositive e presentazioni audio/video. Presentazione e discussione di dati e articoli di ricerca in corso.
(a) natura dell'insegnamento: dispensativa e interattiva
(b) tipo di attività didattica: lezione frontale
(c) ore eventualmente erogate a distanza = nessuna (salvo emergenze)
(a) natura dell'insegnamento: dispensativa e interattiva
(b) tipo di attività didattica: lezione frontale
(c) ore eventualmente erogate a distanza = nessuna (salvo emergenze)
Materiale di riferimento
Il corso utilizza il materiale didattico messo a disposizione da Ariel.
Regolarmente verranno caricate delle dispense e verranno suggerite delle letture specialistiche. I testi e le opere di riferimento per i vari moduli didattici sono disponibili su Ariel.
Regolarmente verranno caricate delle dispense e verranno suggerite delle letture specialistiche. I testi e le opere di riferimento per i vari moduli didattici sono disponibili su Ariel.
Modalità di verifica dell’apprendimento e criteri di valutazione
Colloquio orale.
M-PSI/02 - PSICOBIOLOGIA E PSICOLOGIA FISIOLOGICA - CFU: 3
MED/26 - NEUROLOGIA - CFU: 3
MED/26 - NEUROLOGIA - CFU: 3
Lezioni: 48 ore
Docenti:
De Icco Roberto, Pisani Antonio, Proverbio Alice Mado, Terzaghi Michele