Neurophysics Group
Il Neurophysics Group è un gruppo di ricerca interdisciplinare che indaga i meccanismi fisici alla base della ricezione, trasduzione ed elaborazione dei segnali nei sistemi nervosi, applicando i metodi della fisica sperimentale a questioni fondamentali nell'ambito delle neuroscienze. La nostra attività si sviluppa su molteplici scale d'indagine, dai recettori sensoriali e singoli neuroni fino alle reti neurali e all'attività dell'intero encefalo. Combina neuroimaging ottico avanzato, optogenetica, esperimenti comportamentali, genetica e modellizzazione biofisica per comprendere come i sistemi nervosi codifichino l'informazione, si adattino attraverso l'esperienza e generino il comportamento.
Gli insetti rappresentano gli organismi modello centrali nella ricerca. A fronte di un sistema nervoso compatto, essi mostrano comportamenti complessi — tra cui comunicazione, navigazione, apprendimento e memoria — pur rimanendo accessibili all'imaging a risoluzione cellulare e alla manipolazione mirata dei circuiti.
Linee di ricerca
- Ricezione e trasduzione sensoriale: studiamo i meccanismi fisici e biologici attraverso cui i sistemi nervosi rilevano i segnali ambientali, con particolare enfasi su olfatto, meccanocezione, magnetoricezione e visione. Laddove appropriato, verifichiamo modelli biofisici e di biologia quantistica a fronte di dati comportamentali e neurofisiologici.
- Codifica neurale e dinamica di rete: indaghiamo come l'informazione sensoriale venga rappresentata, trasformata e trasmessa nei centri di elaborazione primaria e nelle reti neurali distribuite. Le nostre ricerche affrontano la codifica temporale, la connettività funzionale, la propagazione dello stimolo e la relazione tra dinamiche di rete e comportamento.
- Apprendimento, memoria e plasticità neurale: esaminiamo le modificazioni strutturali e funzionali associate all'apprendimento, dal singolo neurone alle reti su larga scala. I temi attuali includono l'apprendimento associativo, la memoria, l'attività neurale legata al sonno e gli effetti degli stressor ambientali sulla cognizione e sulla plasticità.
- Neuroimaging ottico avanzato: sviluppiamo e applichiamo la microscopia bifotonica strutturale e funzionale, come l'imaging strutturale subcellulare e l'imaging del calcio in vivo.
- Interrogazione optogenetica dei circuiti neurali: utilizziamo strumenti optogenetici per stimolare neuroni o nodi di rete selezionati e tracciare la propagazione dell'attività attraverso i circuiti neurali. Ciò fornisce un approccio causale allo studio della connettività, delle dinamiche oscillatorie e dell'elaborazione dell'informazione.
- Neuroscienze degli insetti e neuroecologia: utilizzando l'ape domestica (Apis mellifera), la Drosophila e altri insetti modello, indaghiamo come i meccanismi neurali supportino percezione, navigazione, comunicazione, apprendimento, sonno e comportamento adattivo. Studiamo inoltre come clima, pesticidi, microbiota e altri fattori ambientali influenzino il cervello e la cognizione degli insetti.
- Ricerca interdisciplinare sulle reti cerebrali: attraverso l'iniziativa Brain Network Dynamics (BRANDY), promuoviamo la collaborazione tra neuroscienze, fisica, ingegneria, informatica e biologia, sostenendo attività di ricerca e formazione condivise incentrate sulle dinamiche delle reti cerebrali.
Inoltre, la core facility del gruppo è una piattaforma di imaging in vivo bifotonico personalizzata (custom-built). La piattaforma supporta l'imaging strutturale e funzionale in piccoli modelli animali, dall'imaging macroscopico di interi encefali alla microscopia ad alta risoluzione di reti neurali, singoli neuroni e strutture subcellulari.