In vivo multi-parameter mapping of the habenula using MRI

The habenula is a small, epithalamic brain structure situated between the mediodorsal thalamus and the third ventricle. It plays an important role in the reward circuitry of the brain and is implicated in psychiatric conditions, such as depression. The importance of the habenula for human cognition and mental health make it a key structure of interest for neuroimaging studies. However, few studies have characterised the physical properties of the human habenula using magnetic resonance imaging because its challenging visualisation in vivo, primarily due to its subcortical location and small size. To date, microstructural characterization of the habenula has focused on quantitative susceptibility mapping. In this work, we complement this previous characterisation with measures of longitudinal and effective transverse relaxation rates, proton density and magnetisation transfer saturation using a high-resolution quantitative multi-parametric mapping protocol at 3T, in a cohort of 26 healthy participants. The habenula had consistent boundaries across the various parameter maps and was most clearly visualised on the longitudinal relaxation rate maps. We have provided a quantitative multi-parametric characterisation that may be useful for future sequence optimisation to enhance visualisation of the habenula, and additionally provides reference values for future studies investigating pathological differences in habenula microstructure

Hand Held 3D Scanning for Cultural Heritage: Experimenting Low Cost Structure Sensor Scan.

In the last years 3D scanning has become an important resource in many fields, in particular it has played a key role in study and preservation of Cultural Heritage. Moreover today, thanks to the miniaturization of electronic components, it has been possible produce a new category of 3D scanners, also known as handheld scanners. Handheld scanners combine a relatively low cost with the advantage of the portability. The aim of this chapter is two-fold: first, a survey about the most recent 3D handheld scanners is presented. As second, a study about the possibility to employ the handheld scanners in the field of Cultural Heritage is conducted. In this investigation, a doorway of the Benedictine Monastery of Catania, has been used as study case for a comparison between stationary Time of Flight scanner, photogrammetry-based 3D reconstruction and handheld scanning. The study is completed by an evaluation of the meshes quality obtained with the three different kinds of technology and a 3D modeling reproduction of the case-study doorway

Integrated three-dimensional models for noninvasive monitoring and valorization of the Morgantina silver treasure (Sicily)

The Morgantina silver treasure belonging to the Archaeological Museum of Aidone (Sicily) was involved in a three-dimensional (3-D) survey and diagnostics campaign for monitoring the collection over time in anticipation of their temporary transfer to the Metropolitan Museum of Art in New York for a period of 4 years. Using a multidisciplinary approach, a scientific and methodological protocol based on noninvasive techniques to achieve a complete and integrated knowledge of the precious items and their conservation state, as well as to increase their valorization, has been developed. All acquired data, i.e., 3-D models, ultraviolet fluorescence, x-ray images, and chemical information, will be made available, in an integrated way, within a web-oriented platform, which will present an in-progress tool to deepen existing archaeological knowledge and production technologies and to obtain referenced information of the conservation state before and after moving of the collection from its exposure site

Interferenza nel percorso riabilitativo dei disordini emotivi nelle lesioni cerebrali

In seguito a una lesione cerebrale si possono manifestare alterazioni del comportamento emotivo. Quest\u2019aspetto \ue8 spesso poco considerato e il pi\uf9 delle volte \ue8 interpretato come una \u201creazione\u201d a una condizione di malattia e/o di disabilit\ue0, piuttosto che una manifestazione diretta del danno cerebrale che si aggiunge ai deficit motori, sensitivi e cognitivi. \uc8, per\uf2, esperienza comune della pratica clinica che un\u2019alterazione del comportamento emotivo possa influenzare negativamente il percorso riabilitativo, oltre che determinare importanti ripercussioni nella vita di relazione del paziente, minando spesso anche l\u2019alleanza terapeutica col caregiver. Emozioni, un fenomeno complesso Le emozioni sono un fenomeno complesso. L\u2019etimologia del termine emozione \ue8 da ricondurre al verbo latino emovere (ex = fuori + movere = muovere) che significa letteralmente portare fuori, smuovere, in senso lato scuotere, agitare e in senso figurato turbare, sconvolgere. In pratica il termine indica un movimento del corpo (1). In effetti, in situazioni di attivazione emotiva, l\u2019organismo \ue8 spinto ad agire, avvicinandosi a ci\uf2 che ritiene positivo per s\ue9 (es. un piacere) o, al contrario, allontanandosi da ci\uf2 che considera negativo (es. un dispiacere). Nell\u2019emozione s\u2019individuano tre diverse componenti: 1. Il sentimento, inteso come un\u2019esperienza soggettiva e cosciente, dell\u2019individuo. Gli esseri umani sono in grado di esprimere una notevole gamma di stati che dicono di \u201csentire\u201d o di \u201cprovare\u201d (es. mi sento triste, mi sento felice, provo disgusto). 2. La reazione fisiologica, viscerale e neuroendocrina (es. l\u2019aumento della frequenza cardiaca, le variazioni di pressione sanguigna, la salivazione, la sudorazione). 3. La risposta somatico\u2013comportamentale, cio\ue8 l\u2019insieme delle risposte motorie che concretano le azioni cosiddette \u201cemotive\u201d, come sorridere quando si \ue8 felici o difendersi, attaccare o scappare in presenza di una minaccia. Darwin assegnava una notevole importanza alle emozioni, che riteneva avessero un ruolo fondamentale per la sopravvivenza per il contributo nella corretta risposta a situazioni ambientali di emergenza. Una riposta emotiva ha pertanto una componente soggettiva, in rapporto all\u2019esperienza personale e cosciente, e una componente oggettiva, rappresentata dalle risposte vegetativa e motoria. La risposta vegetativa si realizza contemporaneamente all\u2019evento emozionale conscio, in modo riflesso, grazie all\u2019attivazione del sistema nervoso autonomo. La risposta motoria mette l\u2019organismo nelle condizioni di attuare un\u2019azione e di comunicare ad altri individui il proprio stato interno. Genesi, integrazione e controllo delle emozioni Nella genesi, integrazione e controllo delle emozioni e, di conseguenza, nelle risposte comportamentali, intervengono il sistema limbico, ma anche altre regioni cerebrali, sia corticali, sia sottocorticali, che comunicano tra di loro attraverso numerose connessioni neurali. La letteratura scientifica degli ultimi anni relativa ai sistemi anatomici e funzionali alla base dei disordini emozionali \ue8 ricca di studi, anche di buona validit\ue0 scientifica. Essi mettono in luce come diverse aree cerebrali (gli emisferi destro e sinistro, il cervelletto, i gangli della base e il tronco encefalico) abbiano un ruolo nei processi emozionali. Negli ultimi decenni, \ue8 cresciuto l\u2019interesse per i differenti ruoli dell\u2019emisfero destro e sinistro nei processi emozionali. Inoltre, numerosi studi hanno dimostrato che anche il cervelletto \ue8 coinvolto attivamente e in modo significativo nella percezione, nel riconoscimento e nell\u2019integrazione delle emozioni e della relativa reazione comportamentale. Lateralizzazione emisferica dei processi emozionali In merito alla lateralizzazione emisferica dei processi emozionali sono state proposte due teorie: la prima segue un\u2019ipotesi da ricondurre all\u2019emisfero destro (Right Hemisphere Hypothesis, RHH), la seconda \ue8 invece l\u2019ipotesi di valenza (Valence Hypothesis, VH) (2). Secondo la prima teoria (RHH), l\u2019emisfero destro domina, dal punto di vista sia quantitativo, sia qualitativo, nel processare le emozioni, indipendentemente dalla valenza di queste e dal canale di stimolo. In base a questa teoria, vi sarebbe in pratica una complessiva predominanza dell\u2019emisfero destro per tutte le tipologie di emozioni sia positive, sia negative. Tuttavia, \ue8 importante sottolineare che quest\u2019ipotesi non esclude totalmente l\u2019emisfero sinistro dai processi emozionali, ma attribuisce a questo un ruolo secondario (3). La seconda teoria (VH), invece, sostiene che i due emisferi siano specializzati nel processare i diversi tipi di emozioni, in base alla loro valenza, cio\ue8 al grado di piacere/dispiacere che una data emozione comporta. Secondo la teoria della valenza, le sei emozioni di base sono suddivise in positive (gioia e sorpresa) e negative (paura, rabbia, tristezza e disgusto). Le \u201cemozioni positive\u201d sarebbero processate in modo predominante dall\u2019emisfero sinistro, mentre le \u201cemozioni negative\u201d sarebbero controllate dall\u2019emisfero destro (3). Per quanto concerne la validit\ue0 delle teorie di lateralizzazione emisferica sopra esposte, prevale l\u2019idea generale del coinvolgimento bilaterale degli emisferi. Infatti, la maggioranza degli studi sembra concordare sul fatto che nessuna delle due teorie (RHH e VH) sia unicamente valida, ma che siano vere entrambe (4). L\u2019emisfero destro si attiverebbe prevalentemente con l\u2019utilizzo di canali di riconoscimento facciali e prosodici, cio\ue8 durante la percezione e l\u2019interpretazione di segnali emotivi \u201cnon verbali\u201d, mentre l\u2019emisfero sinistro si attiverebbe per lo pi\uf9 con la somministrazione di stimoli emotivi \u201cverbali\u201d, cio\ue8 attraverso il canale lessicale (5). L\u2019emisfero destro, inoltre, si attiverebbe nel trattamento di afferenze emotive inconsce, mentre l\u2019emisfero sinistro sarebbe pi\uf9 specifico per gli stimoli processati coscientemente. Gli emisferi cerebrali contribuirebbero, dunque, all\u2019elaborazione emozionale in maniera valenza-specifica. La corteccia prefrontale destra sarebbe specializzata nell\u2019elaborazione delle emozioni negative, quella prefrontale sinistra nell\u2019elaborazione delle emozioni positive. Sulla base di queste osservazioni, Gainotti (6) ha proposto un modello che considera l\u2019emisfero destro come una struttura pi\uf9 \u201cprimitiva\u201d rispetto all\u2019emisfero controlaterale. Quest\u2019intuizione potrebbe spiegare il ruolo pi\uf9 specifico dell\u2019emisfero destro nei processi emozionali di pericolo, filogeneticamente antichi, supportando la RHH, e al contempo il suo coinvolgimento maggiore nella comprensione e nell\u2019espressione delle emozioni negative, accreditando la VH. Aree corticali ed emozioni Le aree corticali sono coinvolte in vari aspetti cognitivi dell\u2019esperienza emotiva: il riconoscimento e la coscienza emozionale, la regolazione dell\u2019emozione e del tono umorale, l\u2019emozione-sociale, l\u2019affettivit\ue0, la memoria emozionale, l\u2019empatia. A tale proposito si riconosce il ruolo di tre specifiche componenti anatomiche: l\u2019insula inferiore, la corteccia cingolata anteriore e la corteccia prefrontale (in particolare l\u2019area ventro-mediale). L\u2019insula \ue8 la corteccia primariamente coinvolta nel ricevere informazioni enterocettive, che sono trasmesse alla corteccia cingolata, per la presa di coscienza di stimoli sia piacevoli, sia spiacevoli (7). Nei pazienti con lesioni insulari e della corteccia cingolata la manifestazione tipica \ue8 l\u2019alessitimia, cio\ue8 l\u2019assenza di consapevolezza emozionale e la conseguente incapacit\ue0 di esprimere i propri stati emotivi. La corteccia prefrontale svolge una gamma di attivit\ue0 pi\uf9 complessa. In primis, elabora le informazioni provenienti dall\u2019insula e dall\u2019amigdala, integrando segnali corporei sia somatici, sia viscerali. In secundis, interviene nel circuito emozionale-sociale, per sviluppare processi decisionali comportamentali. Elabora, quindi, le informazioni provenienti da altre aree cerebrali per valutare l\u2019importanza e la valenza affettiva degli stimoli. Mediante le connessioni con il tronco encefalico e con le aree sottocorticali, gli output elaborati guidano la manifestazione emotiva e il comportamento, in relazione al contesto e ai rapporti interpersonali. Una lesione a carico della corteccia prefrontale pu\uf2 quindi causare un\u2019alterata regolazione emozionale e un comportamento inadeguato al contesto sociale. Nei pazienti con lesioni prefrontali spesso si osservano atteggiamenti disinibiti e inappropriati, comportamenti puerili, ridotta iniziativa. Lesioni coinvolgenti il circuito della coscienza emozionale (insula-amigdala-corteccia prefrontale) si manifestano frequentemente con un\u2019alterata o assente empatia (7, 8). Amigdala e memoria emozionale Una struttura che merita particolare attenzione \ue8 l\u2019amigdala. Una lesione che coinvolge l\u2019amigdala altera l\u2019abilit\ue0 di riconoscimento delle espressioni facciali altrui. Al contempo, lesioni bilaterali dell\u2019amigdala non alterano la capacit\ue0 del soggetto di manifestare i propri stati emotivi utilizzando il canale facciale, suggerendo che l\u2019amigdala abbia un ruolo specifico nel processare stimoli esterocettivi (7). Anche l\u2019insula sembra essere coinvolta nel processo di stimoli facciali, limitatamente alle emozioni legate a paura, felicit\ue0 e sorpresa. L\u2019amigdala, insieme all\u2019ippocampo e alla corteccia peririnale, \ue8 una componente del circuito, localizzato nel lobo temporale, che gestisce la memoria emozionale; alterazioni della memoria emozionale si verificano solo nel caso in cui l\u2019evento patologico coinvolga l\u2019amigdala. Gangli della base e processi emozionali Anche i gangli della base hanno un ruolo nei processi emozionali, in una rete di intra-interconnessioni, che li collegano alla corteccia e al tronco encefalico. Ai gangli della base giungono afferenze sia esterocettive, sia corticali. Il loro ruolo principale si esplica nell\u2019organizzare e nello smistare le informazioni esterocettive tra i vari componenti dei circuiti. In risposta alle informazioni in entrata, di ritorno dai centri superiori, essi coordinano l\u2019attivit\ue0 delle diverse aree cerebrali, inviando input attivatori e/o depressori alle aree corticali e sottocorticali, regolando dai punti di vista strutturale e temporale la risposta allo stimolo emotivo. In sostanza, i gangli della base possono essere considerati come un centro di smistamento e programmazione, adibito a ricevere e trasmettere le informazioni (9). Il \u201ccervelletto emozionale\u201d Il cervelletto \ue8 implicato nei processi emozionali, tanto che alcuni studiosi hanno coniato il termine di \u201ccervelletto emozionale\u201d. Lesioni cerebellari posteriori possono determinare alterazioni cognitive ed emotive senza alcun tipo di compromissione motoria. In particolare, le aree fondamentali coinvolte sono il verme posteriore e i lobi posteriori (10). Il verme cerebellare posteriore si rapporta con i nuclei propri del cervelletto, tra cui il nucleo del fastigio e del tetto, e con porzioni corticali e sottocorticali del sistema limbico (insula, amigdala, nuclei del setto, corteccia cingolata e corteccia prefrontale), costituendo il circuito cerebro-cerebellare-limbico. I lobi posteriori sono invece collegati fittamente con il nucleo dentato e con aree della neocorteccia e della corteccia cingolata e, in minor misura, con l\u2019ipotalamo. A lesioni del verme conseguono deficit comportamentali e affettivi caratterizzati da alterazione della personalit\ue0, ridotta affettivit\ue0 o eccessiva familiarit\ue0, comportamenti puerili o inappropriati. Affezioni patologiche dei lobi posteriori determinano deficit cognitivi, per esempio nella pianificazione della risposta motoria e di memoria. Schmahmann e Scherman (11) hanno coniato il termine sindrome cerebellare cognitivo-affettiva (CCAS) per indicare il corredo tipico di manifestazioni cliniche, come conseguenza di eventi patologici al cervelletto posteriore. La CCAS si caratterizza per disfunzioni esecutive (es. deficit di pianificazione, deficit della memoria di lavoro), disturbi visuo-spaziali (es. aprassia costruttiva, deficit di memoria spaziale), disturbi della sfera linguistica (es. disprosodia, anomie, agrammatismi) e disfunzioni affettive. Lesioni cerebellari sinistre sono tipicamente associate a disturbi tipici dell\u2019emisfero destro, come deficit attentivi e problematiche visuo-spaziali, mentre lesioni cerebellari destre sono prevalentemente associate a disturbi tipici dell\u2019emisfero sinistro, quindi del dominio verbale. A proposito del \u201cruolo cognitivo\u201d del cervelletto, \ue8 stato ipotizzato che il cervelletto si sia filogeneticamente sviluppato contemporaneamente alla neocorteccia; ci\uf2 spiegherebbe la capacit\ue0 cerebellare di partecipare tanto alle attivit\ue0 motorie quanto a quelle cognitive (12). Studi in ambito psichiatrico rafforzano l\u2019ipotesi che il cervelletto sia implicato in circuiti emozionali-cognitivi. Per esempio, patologie quali la schizofrenia, l\u2019autismo, disturbi bipolari della personalit\ue0, disturbi depressivi maggiori, sono spesso accompagnate da disfunzioni delle attivit\ue0 cerebellari del circuito posteriore (13). Tronco cerebrale nei circuiti cognitivo-affettivi Anche il tronco encefalico \ue8 risultato implicato nei circuiti cognitivo-affettivi cerebello-cerebrali (14). Pazienti affetti da lesione focale del tronco encefalico spesso manifestano alterazioni cognitive e affettive, tipiche della CCAS. Una rete di connessioni sottesa alle emozioni Sulla base di quanto esposto, sembra opportuno fare la seguente considerazione: i processi descritti sono complessi e coinvolgono molte strutture anatomiche connesse tra loro in diversi circuiti. Come per tutti i processi complessi, \ue8 improbabile che una lesione focale possa compromettere in modo definitivo una funzione, ma una lesione di un circuito a qualsiasi livello pu\uf2 essere causa di una disfunzione. I meccanismi che sottendono le emozioni non sono localizzati solo nel sistema limbico e a livello di strutture sottocorticali, ma la rete di connessioni coinvolge anche aree corticali, il cervelletto e il tronco encefalico. Le emozioni e i loro circuiti sono associabili pertanto a specifici sistemi del cervello. In genere, pazienti con lesioni dell\u2019emisfero cerebrale destro sembrano avere pi\uf9 problematiche nell\u2019esprimere, comprendere e reagire a stimoli emozionali, ma un qualsiasi processo patologico che coinvolge una delle strutture cerebrali sopra riportate potrebbe determinare un\u2019alterazione dei processi emozionali, come conseguenza diretta. Considerazioni sulla valutazione dell\u2019aspetto emozionale in ambito riabilitativo In ambito riabilitativo la valutazione dell\u2019aspetto emozionale \ue8 importante tanto quanto la valutazione degli aspetti motori, sensitivi e cognitivi. Pazienti indifferenti verso la propria patologia, affrettati, disinibiti, perennemente allegri o depressi, apatici, con scarsa motivazione, potrebbero non capire la gravit\ue0 della propria condizione e non partecipare adeguatamente al programma riabilitativo. Per un precoce e adeguato riconoscimento di un disturbo affettivo del paziente, \ue8 indispensabile un\u2019attenta indagine anamnestica cognitivo-comportamentale pre-morbosa con i familiari. L\u2019identificazione di modificazioni comportamentali della sfera emotiva deve infatti indirizzare l\u2019\ue9quipe riabilitativa a adottare strategie adeguate durante il trattamento, tenendo conto che tipologie di stimolo diverse sollecitano gli emisferi in maniera differente. L\u2019emisfero destro si attiva maggiormente con l\u2019utilizzo di canali di riconoscimento facciale, cio\ue8 durante la percezione e l\u2019interpretazione di segnali emotivi non verbali. L\u2019emisfero sinistro si attiva, invece, maggiormente con il riconoscimento lessicale di frasi contenenti informazioni emotive non esplicitate da termini specifici, cio\ue8 con segnali verbali. Le figure professionali dell\u2019equipe riabilitativa devono essere in grado di riconoscere i disturbi del comportamento emotivo e preparare il caregiver ai possibili cambiamenti comportamentali che il paziente potrebbe presentare al rientro nella vita quotidiana. Bisogna sempre tenere in considerazione, infatti, l\u2019ipotesi che eventuali modificazioni delle reazioni comportamentali di un paziente non necessariamente sono dovute a variazioni dello stato psichico o del tono dell\u2019umore interpretabili in chiave reattiva, ma che queste variazioni possono essere diretta conseguenza di alterazioni strutturali derivate dalla lesione cerebrale

Un approccio multidisciplinare per lo studio del tesoro degli argenti di Morgantina

Lo studio si inserisce nell’ambito della tutela e della valorizzazione del patrimonio artistico culturale, mettendo a servizio di metodiche tradizionali già consolidate lo sviluppo di nuove Tecniche per l’Informazione e la Comunicazione (TIC) dei Beni Culturali. In questa sede si descrivono alcune delle fasi di indagini di un progetto scientifico di ricerca pluridisciplinare che ha come finalità la tutela, la conservazione e il monitoraggio nel tempo di un prezioso nucleo di reperti in argento del cosiddetto “Tesoro di Eupolemo”. La collezione appartenente al Museo archeologico di Aidone, rappresenta un’inestimabile testimonianza del ricco patrimonio della nostra cultura isolana, di età ellenistica (III sec. a.C.)

Archaeometric characterization and 3D survey: new perspectives for monitoring and valorisation of Morgantina silver Treasure (Sicily)

The Morgantina silver Treasure belonging to the collections of the Archaeological Museum of Aidone (Sicily) were involved in a 3D survey and diagnostics campaign for monitoring over time of the finds, in anticipation of their temporary transfer to the Metropolitan Museum of Art in New York, for a period of four years. According to a multidisciplinary approach, it has been developed a scientific and methodological protocol based on non-invasive techniques to achieve a complete and integrated knowledge of the precious items, of their conservation state and increasing their valorisation. All acquired data, i.e. 3D models, UV fluorescence and X-Ray images and chemical information, will be made available, in a integrated way, within a web oriented platform, that will represent a in progress tool to deepen the existing archaeological knowledge and technologies of production and to obtain referenced information of the state of preservation, before and after moving of the finds from their exposure site

Low Cost Handheld 3D Scanning for Architectural Elements Acquisition

3D scanning has gone a long way since its first appearance in cultural heritage digitization and modeling. In the recent years some new low cost, fast, accurate emerging technologies are flooding the market. Envisioning the massive use of these cheap and easy to use devices in the next years, it is crucial to explore the possible fields of application and to test their effectiveness in terms of easiness of 3D data collection, processing, mesh resolution and metric accuracy against the size and features of the objects. In this study we focus the attention on one emerging technology, the Structure Sensor device, in order to verify a 3D pipeline acquisition on an architectural element and its details. The methodological approach is thought to define a pipeline of 3D acquisition exploiting low cost and open source technologies and foresees the assessment of this procedure in comparison with data obtained by a Time of Flight device. Categories and Subject Descriptors (according to ACM CCS): I.3.3 [Computer Graphics]: Picture/Image Generation—Line and curve generatio