PRESENTAZIONE

I segnali cerebrali svolgono un ruolo centrale nel campo della neuroingegneria. Questo corso tratterà i metodi fondamentali per analizzare e interpretare i segnali cerebrali a diverse scale (dalla microscala del singolo neurone fino alla macroscala dell'intero cervello). Gli studenti capiranno come vengono generati i segnali cerebrali, saranno in grado di distinguere tra diverse metodologie di acquisizione dei segnali stessi e impareranno ad applicare tutti gli strumenti per analizzare, interpretare e discutere i dati cerebrali.

OBIETTIVI E CONTENUTI

OBIETTIVI FORMATIVI

The course aims to provide a critical analysis of the methods for analyzing the neuronal signal starting from the characterization of the single spike, to the activity of multiple cells up to the analysis of the electroencephalographic signal. The course will provide the basics to be able to manipulate, analyze and critically interpret the most common electrophysiological data

OBIETTIVI FORMATIVI (DETTAGLIO) E RISULTATI DI APPRENDIMENTO

Obiettivo 1. Comprendere le basi neurofisiologiche e il meccanismo di generazione dei segnali cerebrali. Risultati di apprendimento per l'Obiettivo 1. Gli studenti saranno in grado di descrivere come vengono generati i diversi tipi di segnali neurali, alle diverse scale spazio-temporali (micro-meso-macro/large). Saranno in grado di distinguere tra diversi tipi di segnali cerebrali, descrivendo anche le metodologie di registrazione tipicamente utilizzate per acquisirli.

Obiettivo 2. Estrarre informazioni dai segnali cerebrali. Risultati di apprendimento per l'Obiettivo 2. Gli studenti saranno in grado di identificare le fasi ottimali di pre-elaborazione, definire strategie di estrazione delle caratteristiche dei segnali sulla base di esempi e casi reali. Saranno in grado di applicare in modo appropriato algoritmi e metodi, impararne l'implementazione, l'ottimizzazione e i punti deboli.

Obiettivo 3. Problem solving in casi reali di analisi di segnali neurali. Risultati di apprendimento per l'Obiettivo 3. Durante i gruppi di lavoro, gli studenti acquisiranno la capacità di risolvere problemi specifici di analisi dei dati applicando le tecniche acquisite durante il corso. I gruppi di lavoro saranno organizzati in modo tale che diversi studenti assumano ruoli diversi come nei veri team di laboratorio.

PREREQUISITI

Matlab, basi di neurofisiologia e neuro anatomia, fisica, matematica

MODALITA' DIDATTICHE

lezioni frontali sia in modalità classica che flipped-class. Problem based learning con progetti da svolgere autonomamente in gruppi di lavoro.

PROGRAMMA/CONTENUTO

Micro-scale 

1.  Introduction to neural signal analysis and applications (point process definition)

2. Spike detection: definition, performance evaluation

3. Spike sorting

4. Spike Analysis (basic statistical properties and more advanced ones)

5. Burst detection and Analysis

6. Neural Avalanches

7. Cross-correlation

8. Connectivity

Meso-scale

1. Generating mechanisms for field potentials - from single neurons to neural ensembles

2. Spectral feature analyses, separating oscillations from 1/f-like activity

3. Volume conduction, signal leakage, ghost interactions

4. Phase synchronization, amplitude correlation: how to separate phase from amplitude modulation, their interpretation - the communication through coherence framework

5. Cross frequency coupling 

Large-scale

1. From meso-to-macro scale recording: acquisition set up, physical basis and interpretations of electrical and magnetic field potentials

2. The Electrical source imaging (ESI): forward and inverse solution for EEG

3. Large-scale brain networks, their construction and characterization in the context of human brain mapping and connectomics

4. Cortical travelling waves and neural avalanches 

5. The critical brain hypothesis

TESTI/BIBLIOGRAFIA

    Analyzing neural time series - Micheal X Cohen

DOCENTI E COMMISSIONI

Commissione d'esame

GABRIELE ARNULFO (Presidente)

VITTORIO SANGUINETI

MICHELA CHIAPPALONE (Presidente Supplente)

LEZIONI

INIZIO LEZIONI

https://corsi.unige.it/11159/p/studenti-orario

Orari delle lezioni

L'orario di questo insegnamento è consultabile all'indirizzo: Portale EasyAcademy

ESAMI

MODALITA' D'ESAME

L'esame sarà composto da prove da svolgere in gruppo (group-based learning) e da un esame orale. Gli studenti si divideranno in piccoli gruppi (max 3 studenti) e questi gruppi parteciperanno ad attività pratiche al calcolatore durante tutto il semestre. Ogni prova verrà valutata per la sua completezza, originalità e qualità.

MODALITA' DI ACCERTAMENTO

L' Obiettivo 1. verrà principalmente valutato durante la prova orale nella quale gli studenti dovranno saper discutere criticamente i diversi metodi presentati a lezione.

Gli Obiettivi 2 e 3 saranno valutati durante le prove pratiche e le consegne secondo una griglia di valuazione condivisa

Calendario appelli