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NOTA

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Data di nascita: 20 Febbraio 1962.

Cittadinanza: Italiana.

Stato Civile: Coniugata, due figli. Titoli:

Laurea in Scienze Biologiche indirizzo biofisico

Dottore di Ricerca in Biologia Molecolare e Biofisica della Cellula e dello Sviluppo.

Professore Associato presso il dipartimento NEUROFARBA

Dal 1991 (presso l’istituto di Neuroscienze del CNR-Pisa e il Dipartimento di Psicologia e successivamente NEUROFARBA dell’Università di Firenze) mi occupo dello studio della visione umana. Tale ricerca viene effettuata realizzando modelli computazionali della percezione visiva ed esperimenti sull’uomo mediante tecniche psicofisiche e registrazione di potenziali evocati in individui adulti, anziani, bambini sia in condizioni di normalità che in patologie.
Ho svolto ricerca applicata in ambito industriale come consulente presso
-il Consorzio di Ricerca Industriale Tecnobiochip con sede a Marciana (Li), nell'ambito del Progetto Nazionale per la Bioelettronica. Durante tale periodo ho sviluppato modelli algoritmici per simulazioni della percezione visiva del movimento e per la creazione di stimoli visivi adatti alla sperimentazione psicofisica. (1993)
-il Centro Ricerche FIAT (Orbassano,To), per la realizzazione di un sistema di misura di psicofisica su strada, per determinare i livelli di illuminamento ottimali in funzione del tipo di fari di una automobile.(1998)

Mi sono occupata dello studio di deficit visivi in soggetti affetti da patologie mediante studi comportamentali ( psicofisica) che elettrofisiologici (VEP), in collaborazione con
-Il reparto di Neurologia dell’ospedale di Careggi (Firenze), per lo studio, mediante tecniche psicofisiche e neuropsicologiche, dell’ integrazione spaziale e del movimento in pazienti affetti dal morbo di Alzheimer (1999-2000).
- l’IRRCS Stella Maris (Calambrone) per studio della percezione del movimento in pazienti con sindrome di Down (2003), in bambini con “periventricular leukomalacia” (2008) e per lo studio della percezione visiva in bambini con disturbi pervasivi dello sviluppo (2005)
- Il reparto di Neurologia dell’ospedale di S Chiara (Pisa ), per lo studio, mediante tecniche psicofisiche, dell’attenzione e memoria in pazienti Subjective e Mild cognitive impairment e in pazienti affetti dal morbo di Alzheimer (2016).

Ho partecipato a studi in collaborazioni con ingegneri per applicazioni degli studi sulla visione in Robotica
- Progetto finalizzato CNR “Robotica”: per lo studio di modelli computazionali per la percezione del movimento (1991-1994).
- Istituto Italiano di Tecnologia (Genova), per lo studio della percezione crossmodale visuo-aptica (2007-2008),

Dal 2006 mi occupo dello studio di riconoscimento di pattern in sistemi di elaborazione dell’informazione, in collaborazione con ricercatori degli Istituti di Fisica e di Matematica dell’università di Pisa, dell’Istituto Nazionale di Fisica Nucleare (INFN) e del FERMILAB (Chicago), realizzando modelli per l’estrazione di features e di compressione dell’informazione negli stadi iniziali del sistema visivo validati da misure sperimentali di psicofisica nell’uomo.
Durante il sabbatico (2008/2009 e 2011/2012) sono stata visiting fellow presso Institute for Mind and Biology (IMB)-The University of Chicago. Durante questo periodo mi sono occupata di estendere lo studio suddetto al ruolo del colore nei primi stadi della visione.
Sono referee di riviste internazionali
Ho ricevuto come, PI e come collaboratore, finanziamenti dall’Università di Firenze, dal MIUR (2007), dall’Università di Padova (2013) e dall’Università di Chcago (2011).
Dal 1998 ho insegnato come affidamento e come titolare svariati corsi prima presso la Facoltà poi presso la Scuola di Psicologia, sia a livello triennale che magistrale : Psicologia Fisiologica, Percezione, Fondamenti anatomo-fiosiologici dell’attività psichica, Tirocinio.
Sono stata lettore per il corso “Sensation and Perception” all’Università di Chcago, Facoltà di psicologia (2009).
Sono stata supervisore di oltre 70 tesi di laurea magistrale e di 2 tesi di dottorato
Durante il corso degli anni ho conseguito molti incarichi istituzionali presso la Facoltà poi presso la Scuola di Psicologia e il Dipartimento di psicologia. Al momento sono Vicepresidente della Scuola di Psicologia, delegato per le Relazioni Internazionali della Scuola di Psicologia e del dipartimanto NEUROFARBA, Membro del Consiglio Direttivo del Centro linguistico di Ateneo. Dal 2011 sono Senior fellow presso Institute of Mind and Biology, The University of Chicago.

Modelli computazionali della percezione Una parte cospicua della mia attività e uno dei miei interessi principali è costituito dallo studio e della realizzazione di modelli computazionali della percezione visiva. In particolare ho sviluppato un modello della percezione del movimento  che, simulando meccanismi presenti nei sistemi visivi biologici, riesce con successo a localizzare gli elementi salienti, quali bordi di contrasto e linee, in scene visive naturali e artificiali e a derivarne la velocita'.  Una variante di questo modello è in grado di predire efficacemente effetti di trasparenza in stimoli artificiali e spiegare che il sistema visivo umano per analizzare il movimento di oggetti tende a seguire la traiettoria delle features salienti che li costituiscono.

Meccanismi responsabili della percezione del movimento Parallelamente agli studi computazionali, ho condotto numerose misure di psicofisica volte a studiare i sistemi di neuroni che svolgono elaborazioni di tipo non lineare e che intervengono nella percezione del movimento nel sistema visivo umano. Ho svolto inoltre studi riguardanti le loro interazioni con i meglio conosciuti meccanismi lineari. Questi sistemi di neuroni non-lineari sono responsabili di vari fenomeni percettivi tuttora non completamente compresi (reverse phi motion, theta motion, non-Fourier motion) e giocano un ruolo fondamentale nella ricostruzione del movimento di oggetti di forma variabile in condizioni di illuminazione irregolare, o di moto discontinuo, che si verificano normalmente nell'esperienza visiva di ogni giorno. Gli studi da me svolti hanno inoltre messo in luce che tali elaborazioni non lineari sono alla base della percezione della trasparenza di piu' movimenti sovrapposti. In queste ricerche e' stato inoltre dimostrato che il modello computazionale descritto precedentemente descrive bene la performance del sistema visivo umano in situazioni molto piu’ generali di quelle inizialmente considerate.

Evoluzione delle capacità percettive durante lo sviluppo e l’invecchiamento.

Evoluzione dell’integrazione spaziale di contorni nell'arco della vita. Ho condotto varie misure di psicofisica sulla popolazione in varie fasce di età. I risultati mostrano che la capacità di integrare vari elementi sparsi a formare dei contorni dipendono sia dalla distanza degli elementi che dal loro orientamento relativo quando gli elementi da integrare sono vicini, suggerendo il coinvolgimento di molteplici aree cerebrali (vedi anche la ricerca in ambito clinico). La capacità di integrazione inoltre migliora progressivamente durante l’infanzia , raggiunge il massimo in età adulta e si degrada con l’invecchiamento probabilmente dovuto a meccanismi di tipo corticale.

Studio dello sviluppo della percezione del movimento mediante VEP in neonati. In collaborazione con le Prof Morrone e Fiorentini presso l’Istituto di Neuroscienze del CNR, Pisa, ho condotto una ricerca sullo sviluppo del sistema visivo umano utilizzando potenziali evocati visivi (VEP) in risposta a stimoli in movimento. Lo studio riguardava in particolare lo sviluppo del sistema che analizza il "flusso ottico”, durante i primi mesi di vita dell'uomo. Nonostante la notevole difficoltà di questo studio, dovuta all’eccezionale giovane età dei soggetti, registrati a partire da una settimana, e alcuni seguiti longitudinalmente fino a sei mesi, siamo riusciti a registrare risposte significative per il movimento in neonati a partire da 4 settimane di vita.

Ricerca in ambito clinico

Pazienti Alzheimer Dal il 1999 al 2003, in collaborazione con il reparto di Neurologia dell'Ospedale di Careggi (Firenze), ho svolto una ricerca riguardante deficits della percezione in pazienti affetti dal morbo di Alzheimer, dovuti alla compromissione di aree cerebrali specifiche. Lo studio riguardava eventuali deficit nella percezione di immagini statiche (lettere di Navon, triangolo di Kanitza, integrazione spaziale) e dinamiche (movimento biologico, flusso ottico). I risultati di queste ricerche hanno evidenziato il ruolo specifico delle diverse aree cerebrali compromesse nell’integrazione spaziale e nella percezione del movimento in questi pazienti, indicando un possibile coinvolgimento di aree anteriori alla giunzione temporo-parietale esclusivamente su compiti difficili di integrazione spaziale. L'aspetto particolarmente innovativo di questo lavoro e' stata la misura di performances mediante metodologie psicofisiche appositamente sviluppate, unitamente ai tradizionali assessment neurologici e neuropsicologici. In particolare si è evidenziato che pazienti aventi lo stesso quadro neuropsicologico sono risultati avere prestazioni molto diverse in test psicofisici. Questo approccio ha il grande vantaggio non solo di poter evidenziare eventuali deficit ma soprattutto di quantificarli esattamente e quindi di poterne seguire l'evoluzione temporale, in relazione all'evoluzione della malattia, divenendo un potenziale strumento diagnostico.

Dal 2015, in collaborazione con il reparto di Neurologia dell'Ospedale S Chiara (Pisa), sto effettuando una ricerca volta a differenziare le prestazioni di memoria e attenzione degli individui SCI (Subjective Cognitive Impairment) da soggetti MCI (Mild Cognitive Impairment) e dai soggetti anziani sani, utilizzando stimoli visivi psicofisici del tipo doppio compito (dual-task). Infatti recentemente è stato dimostrato che i soggetti SCI, che lamentano soggettivamente un declino della memoria ma hanno prestazioni normali ai test neuropsicologici utilizzati per la diagnosi di demenza, hanno maggiore probabilità di sviluppare la demenza, causando un crescente interesse nella ricerca neurologica.

Pazienti frontali A seguito dei risultati ottenuti con i pazienti Alzheimer, nell’ambito di una collaborazione con l’Università di Bologna, ho partecipato a una ricerca riguardante la capacità di integrazione spaziale in pazienti con lesioni al lobo frontale. I risultati di questa ricerca (oggetto di una pubblicazione allegata) mostrano un chiaro coinvolgimento delle aree frontali in compiti difficili di integrazione spaziale, ritenuti fin al momento esclusivo appannaggio delle aree occipitali .

Pazienti in età evolutiva A partire dal 2001 è iniziata una collaborazione , tuttora esistente, con un gruppo di ricercatori dell’ IRRCS “Stella Maris” , Nell’ambito di questa collaborazione ho partecipato a ricerche sulla percezione in pazienti aventi varie patologie, indagati mediante svariate tecniche.

-Studio della percezione del movimento mediante registrazione di VEP in pazienti con sindrome di Down, Questo studio da me coordinato, è stato svolto nell’ambito di una ricerca finalizzata del Ministero della Sanità, volta a stabilire le relazioni tra sindrome di Down e morbo di Alzheimer. I risultati ottenuti mostrano che i pazienti Down hanno una percezione assolutamente deficitaria del flusso ottico rispetto a soggetti sani, analogamente a quanto riportato in pazienti Alzheimer. Tale deficit sembra instaurarsi precocemente (adolescenza) e potrebbe essere uno dei fattori che contribuiscono al disorientamento spaziale osservato nei pazienti Down e con malattia di Alzheimer .

- Studio della percezione visiva in pazienti con disturbi pervasivi dello sviluppo Questo studio si inserisce nell’attuale dibattito scientifico riguardante l’analisi delle informazioni locali e globali nei pazienti autistici. Mediante esperimenti di psicofisica, particolarmente difficili da condurre in una popolazione di bambini autistici, abbiamo escluso la presenza di deficit visivi di basso livello in compiti di integrazione spaziale e del movimento, fornendo ulteriori spunti ad una letteratura per il momento controversa .

-Studio della percezione del movimento in bambini con “periventricular leukomalacia” (PVL) Questa ricerca, svolta in collaborazione con un equipe multi-disciplinare, ha mostrato che questi pazienti hanno un deficit nella percezione del movimento visivo, molto probabilmente in relazione ai numerosi disturbi dell’apparato motorio. In particolare alcuni di questi bambini testati approfonditamente, utilizzando numerose tecniche di indagine (test psicofisici, fMRI , misure di movimenti oculari e VEP), mostrano un’inversione sistematica nella direzione percepita del movimento, probabilmente correlata alla massiccia perdita di sostanza bianca durante lo sviluppo.

Illusioni

Un argomento importante delle mie ricerche riguarda lo studio di alcuni movimenti illusori attraverso stimoli che di per sè non contengono informazioni di movimento, ma che vengono percepiti comunque in moto dall’osservatore, denominati Glass patterns e anti-Glass patterns. Le illusioni sono molto importanti per capire l’analisi svolta dal cervello, in quanto spesso rivelano più chiaramente degli stimoli naturali come le informazioni vengono rappresentate ed analizzate. Grazie allo studio della percezione prodotta da questi stimoli è stato possibile indagare le interazioni tra i diversi meccanismi neurali responsabili dell’analisi del movimento e della forma di oggetti presenti nelle scene visive . In particolare, uno studio psicofisico condotto su gli anti-Glass patterns ha mostrato in maniera indiretta un ritardo tra l’analisi visiva di stimoli scuri rispetto ad identici stimoli chiari, probabilmente dovuto ad un ritardo del canale OFF rispetto a quello ON a livello sottocorticale.

Percezione cross-modale

Il sistema nervoso centrale integra le informazioni provenienti da sensi diversi per reagire in maniera accurata alle diverse situazioni ambientali. L’integrazione multisensoriale a sua volta si basa sull’integrità e il funzionamento delle singole modalità, che hanno uno sviluppo protratto durante l’infanzia. Queste considerazioni mi hanno spinto a studiare lo sviluppo della percezione cross-modale visuo-tattile, in collaborazione con l' Istituto Italiano di Tecnologia (IIT) di Genova. La comprensione della percezione visuo-tattile e del suo sviluppo è cruciale per l’implementazione di algoritmi su base fisiologica in robot, che in questo modo possono imparare a manipolare oggetti. I risultati di queste ricerche mostrano che i bambini integrano le informazioni sensoriali in maniera statisticamente ottimale, cioè come gli adulti sfruttano al massimo le informazioni contenute in entrambi i sensi, a partire dai 10 anni. Prima di tale età non integrano affatto informazioni multisensoriali e si affidano principalmente alla modalità tattile, sebbene questa sia meno precisa della vista.

Durante il 2017 ho iniziato una collaborazione con lUniversita di Regensburg (Germania) per studiare l'integrazione cross-modale visivo-olfattiva (colori -odori). Infatti, dato che le aree olfattive nei mammiferi ( corteccia peirinale e entorinale) diventano parte del sistema parvo-cellulare nell'uomo, e dato che le caratteristiche computazionali dell'analisi viviva del colore e degli odori sono moto simili (memoria, denominazione etc.), è possibile che  tali neuroni visivi umani abbiano una residua capacità di analisi degli odori. A tal scopo è in corso un esperimento di psicofisica per misurare se e quanto la detezione degli odori sia influenzata dalla presenza o meno di stimoli colorati.

Riconoscimento di patterns visivi e compressione delle informazioni

Dal 2006, in collaborazione con ricercatori dell’Istituto di Fisica dell’università di Pisa e dell’Istituto Nazionale di Fisica Nucleare (INFN) ho iniziato a studiare il problema generale del riconoscimento di pattern in sistemi di elaborazione dell’informazione (IPS). Grazie a questi studi siamo giunti alla formulazione di un approccio del tutto nuovo al problema dell’estrazione di pattern “significativi“ (features) da parte del cervello basato su principi di codifica efficiente dell’informazione come definita formalmente in informatica. Studi computazionali e di psicofisica hanno mostrato che i pattern estratti dal modello sono molto simili alla struttura dei campi recettivi delle aree visive primarie. Pertanto corrispondono alle features che il nostro sistema visivo identifica come significative, e per i quali ha una sensibilità maggiore. Durante la mia viita presso l’ Institute for Mind and Biology presso the University of Chicago, ho sviluppato ulteriormente questo modello al fine di chiarire il ruolo del colore nei primi stadi dell’analisi visiva.

Recentemente, in collaborazione col Dipartimento di Matematica dell’Università di Pisa, abbiamo mostrato che tali features, sebbene non rappresentino la soluzione esatta al problema della selezione delle features massimamente informative operata da un IPS, esse tuttavia costituiscono la soluzione (euristica) che il cervello adotta per poter adattarsi ai cambiamenti ambientali, anche a costo di essere meno efficiente.

Attualmente è in corso una collaborazione con l'istituto di Neuroscience De la Timone (Marsiglia, FR) per studiare se queste features massimamente informative siano in grado di iniziare e guidare i movimenti oculari durante la scansione di una scena visiva.

Durante tutta la mia attività di ricerca, ho personalmente sviluppato il software necessario per la simulazione di reti neuronali, per la realizzazione degli stimoli visivi e l’acquisizione dati di psicofisica, e per le analisi statistiche dei dati. Questo è stato possibile grazie alle conoscenze approfondite di vari linguaggi di programmazione (Basic, C, Prolog, Mathematica, MatLab). Queste attività, hanno inoltre richiesto la gestione di molteplici sistemi operativi (Unix, DOS, VAX/VMS, OS, Windows) di cui ho svolto anche le funzioni di system manager.

In alcuni casi, soprattutto nelle ricerche sui bambini e anziani che sono generalmente meno cooperativi, si è reso necessario ideare e sviluppare procedure statistiche ad hoc per l’acquisizione ottimizzata dei dati psicofisici. Tali tecniche sono state ottimizzate mediante estensive simulazioni con metodi Monte Carlo.

Date of birth:  February 20th 1962.
Citizenship: Italian.
Married, two children
Degrees:

Undergraduate degree in Biological Sciences, Biophysics curriculum
PhD in cellular and developmental Molecular Biology and Biophysics.

Associate Professor, NEUROFARBA department.

Since 1991 (Neuroscience Institute of CNR-Pisa and Department of Psychology-University of Florence), she has been studying human vision, by devising computational models of motion perception, psychophysical experiments and visual evoked potential recordings in adults, elderly and typically developing children.

She has done applied research as consultant for

- “Technobiochip” Marciana(LI): software simulating human vision (1993)

- F.I.A.T. Research Center Orbassano (TO): psychophysical measurements of optimal car lights illumination (1998).

She has been studying visual deficits in clinical populations, with psychophysical and electrophysiological (VEP) techniques, in collaboration with

- Neurology Division, Careggi Hospital, Florence : Alzheimer’s patients (1999-2000).

- l’IRRCS Stella Maris: children with autism (2005), down syndrome (2003), and periventricular leucomalacia (2008).

- Neurology Division, S Chiara Hospital, Pisa : Subjective and Mild cognitive impairment paients and Alzheimer’s patients (2016).

She participated to collaborations with engineers for applications to robotics

-CNR project “Robotics”: computational models of motion perception (1991-1994).  

-Italian Institute of Technology (Genova): cross-modal visuo-haptic perception (2007-2008).

Since 2006, she has been studying pattern recognition in information processing systems, in collaboration with mathematicians and physicists of INFN, Universita’ di Pisa and Fermilab (Chicago), devising a model for feature extraction and information compression in early vision.

During her leave (2008-2011) at the Institute for Mind and Biology (IMB)-The University of Chicago- she extended this study to the role of color in early vision.

Referees for international journals

She has received funding as PI and collaborator by University of Florence, by MIUR (2007), University of Padua 82013)and The University of Chicago (2011).

Since 1998, she has been teaching the following courses at the Faculty and School of Psychology of University of Florence for the Undergraduate and Master programs of Cognitive Psychology : Biological Psychology, Practicum, Anatomy and Physiology of the Nervous system, Sensation and Perception.

She has been lecturer for the course “Sensation and Perception” at The University of Chicago, Faculty of Psychology (Winter 2009).

She has been supervisor of about 70 undergraduate and 2 PhD theses.

She has received several academic appointments within the Faculty of Psychology and the Undergraduate Program of Cognitive Psychology. She is currently

vice-President of the School of Psychology,

Coordinator of International relations of the School of Psychology

Coordinator of International relations the NEUROFARBA Department.

Member of the directive board of Linguistic Center of the University of Florence (CLA)

During her leave she was appointed as Visiting scholar at The University of Chicago, she is currently Senior fellow at Institute of Mind and Biology, The University of Chicago.

Computational models of visual perception

Studying and developing computational models of visual perception is a large part of my activity and one of my major research interests. I personally developed a non-linear model, based on visual system mechanisms, which successfully localizes salient features such as edges and bars, in natural and artificial moving images and derives their velocities. A recent variant of this model can reliably predict perception of transparency in the human visual system.

Psychophysical measurements of motion perception mechanisms

Together with neuro-computation, I’ve been conducting psychophysical studies regarding linear and non-linear neural mechanisms of human visual motion perception. The results provided evidence for at least two distinct systems for visual motion analysis, possibly related to Magnocellular and Parvocellular anatomical pathways. This work also showed that non-linear mechanisms underlie perception of motion transparency and that the proposed computational model accurately describes human performances in most situations.

Evolution of perceptual abilities during development and aging

-Contour integration: I studied this ability in different age groups. showing that contour integration depends in a different way on orientation of local elements differently depending on their distance [paper under revision for experimental brain research], suggesting involvement of different brain regions (see also clinical research). Integration ability increase during childhood and decline with age.

-VEP in infants:, I conducted a research on the development of human visual system by means of Visual Evoked Potentials (VEP) from moving stimuli. The challenge of this work was the unprecedented young age of subjects (from one-week-old). I demonstrated the existence of motion-specific VEP signals in 4-weeks-old infants, showing an earlier development of this system than previously thought.

Clinical research

-Alzheimer patients: I studied visual perceptual deficitsin Alzheimer patients at the Neurology Department of Careggi Hospital (FI). We found a different pattern of deficits of local-global perception of static and dynamic stimuli depending on the site of the neural damage. The innovative aspect of this research was the combination of classical neuropsychological and psychophysical techniques that, being non invasive, allow an early diagnosis of the disease.

Since 2015, in collaboration with the Neurology division of S Chiara Hospital (Pi), I am conducting a research aimed to differentiate memory and attention performances of SCI (Subjective Cognitive Impairment) individuals from that of MCI (Mild Cognitive Impairment) and healthy aging subjects, by using psychophysical visual dual- tasks. Recently, it has been shown that SCI individuals, that subjectively complain a certain degree of memory deterioration although they exhibit normal performances in neuropsychological tests for the assessment of dementia, have greater probability to develop dementia, causing a growing interest in the neurological research.

-Frontal patients:This research, in collaboration with University of Bologna,demonstrated the involvement of frontal areas in difficult contour integration tasks, previously believed to be exclusively related to occipital areas.

-Developing patients

In 2001 I started collaborating with a group of researchers at I.R.R.C.S “Stella Maris” (PI), a Scientific institute for neuropsychiatry of infants and children, in researches on visual perception, by multiple techniques, on patients with a variety of neurological disorders.

-  We conducted VEP recordings with optic-flow stimuli in patients with Down syndrome to investigate the connection with Alzheimer syndrome, finding a deficit of motion perception (optic flow) in these patients.

-  We studied visual perception in patients with autistic-spectrum developmental disorders by means of the same psychophysical tests used on normal subjects. Again, this was an experimental challenge. We demonstrated the absence of deficits in low-level spatial and motion integration visual tasks, thus clarifying controversial findings in existing literature.

-  We measured motion perception in children with periventricular leukomalacia (PVL) by using psychophysical tests, fMRI scans and ocular movement measurements. We found a significant deficits in these childrens with respect to controls, including perception of motion in the direction to opposite the stimulus.

An important topic of my research concerns some motion illusions (e.g. Glass patterns, reverse-phi motion) produced by static stimuli. Illusions are very important to understand the functioning of the brain because they often reveal more clearly than natural stimuli the representation of information in the brain and the actual computation being performed. Using appropriately designed stimuli, I was able to shed some light on this issue.

Cross-modal perception

The central nervous system needs to integrate multiple sensory information in order to react appropriately to the environment.

-These considerations motivated me to study the development of cross-modal, visual–haptic, perception in collaboration with IIT (Genoa). The understanding of visual-haptic perception and its development is crucial to implement human-like algorithms in robots that can learn how to manipulate objects. We found that young children (< 10 years) do not integrate sensory information in optimal statistical way like adults do but they rely on the most reliable modality depending on the task.

- During 2017 I have started a collaboration with the University of Regensburg (De) to study crossmodal visuo-olfactory integration (color-odor). Particularly, since olfactory brain areas in mammals (perirhinal, enthorhinal cortices) become part of the parvocellular system in humans and since visual and olfactory coding appear to share some computational similarities (memorization, naming etc), it is possible that these human visual neurons can still process odors. For this reason we are currently conducting psychophysical experimnts to measure whether human odor detection is influenced by the presence of color stimuli.

Optimal pattern recognition strategies

Since 2006 I’ve been studying the general problem of pattern recognition in (IPS), topic of this grant request in collaboration with physicists of INFN, Universita’ di Pisa and Fermilab. We formulated a model of early vision based on maximization of visual information under tight constraints on computational resources that yields specific a-priori predictions for the relevant patterns that turn out to be surprisingly similar in shape to the receptive fields of neurons in primary visual areas. Furthermore, behavioural tests on human subjects, under fast viewing conditions, showed they can recognize natural images filtered by using these patterns as well as the originals unfiltered. This demonstrates that early visual representations employ the features identified by our model, that carry most, or all of the relevant information that the system is capable of using in fast viewing.

During my visit at the Institute for Mind and Biology in the University of Chicago, I developed further this idea in order to understand the specific role of color in the first stages of visual analysis.

Very recently (2017), in collaboration with the Department of Mathematics of University of Pisa, we demonstrated that the features selected by our model, although they do not represent the mathematically exact solution to the general problem of constrained maximum information, they are indeed used by visual system in place of the exact and more efficient solution, because they allow the system to adapt to novel situations therefore enabling its plasticity.

I’m also currently running a collaboration with the Institut of Neuroscience “De La Timone” (Marseille, FR) to study whether these maximally informative features are those used to initiate and guide ocular movements during active scanning of a visual scene.

During all my research activity I personally developed software for simulation of neural functions, for visual stimuli realization, for psychophysical data acquisition and for statistical analysis of data.

This has been possible for my extensive knowledge of several programming languages (Basic, C, Prolog, Mathematica, MatLab) and operating systems (Unix, DOS, VAX/VMS, OS, Windows) for which I’ve acted also as system manager.

In some researches, particularly children, elderly and patients that are less cooperative, it has been necessary to develop ad hoc statistical procedures for optimized data acquisition. These techniques were optimized by using extensive MonteCarlo simulations.