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Brainteaser. Un progetto europeo per portare l’AI in aiuto ai pazienti affetti da malattie neurodegenerative

Come può l’intelligenza artificiale aiutare a migliorare la cura delle malattie neurodegenerative? In medicina i modelli di machine learning funzionano con successo se il contesto è ben definito. Nell’imaging medicale (radiografie o simili), grazie al lavoro complesso svolto fino ad oggi, l’AI è in grado di analizzare l’immagine e comunicare, per esempio, la presenza o meno di un tumore, offrendo al medico informazioni precise per effettuare una diagnosi. La Radiologia, rispetto ad altri campi della Medicina, è infatti in una posizione favorevole per adottare gli algoritmi e le infrastrutture di AI. Invece, se consideriamo di utilizzare l’AI in ambito clinico per predire la progressione della malattia e migliorarne la cura, il discorso si fa complesso. Ma c’è chi ci sta lavorando, anche qui al DEI, nell’ambito del progetto Brainteaser.  «Eravamo agli inizi del 2020, in pieno Covid quando tutti erano chiusi in casa. – ci racconta la Prof.ssa Barbara Di Camillo, ordinario di informatica presso il Dipartimento di Ingegneria dell’Informazione dell’Università degli Studi di Padova e manager scientifico di Brainteaser – Ricordo che registravo le lezioni per gli studenti del mio corso in salotto, intorno alle cinque del mattino, quando tutta la famiglia dormiva. In quello stesso periodo uscì una call in cui si richiedevano progetti europei che affrontassero temi clinici utilizzando l’AI, per esplorare l’uso dell’intelligenza artificiale in ambito clinico».  Dopo un anno, nel febbraio del 2021, prende avvio il progetto Brainteaser, il cui obiettivo è di integrare dati sociali, ambientali e sulla salute umana per sviluppare modelli di stratificazione dei pazienti e di progressione della malattia, per soddisfare le esigenze della medicina personalizzata.  In pratica, si tratta di portare i vantaggi dell’intelligenza artificiale direttamente ai pazienti, per gestire al meglio il decorso della loro patologia.  Le malattie prese in esame nel progetto sono la sclerosi laterale amiotrofica (SLA) e la sclerosi multipla (SM), due patologie neurodegenerative complesse con quadro clinico, evoluzione, prognosi e terapie molto differenti. Tuttavia, queste malattie si accomunano perché colpiscono il sistema nervoso, sono croniche, progressive e modificano significativamente la qualità della vita dei pazienti e dei loro famigliari. Al progetto Brainteaser viene destinato un budget che sfiora i 6 milioni di euro, con finanziamenti dal programma di ricerca e innovazione Horizon 2020 dell’Unione Europea per una durata di quattro anni, con la partecipazione di 11 partner europei coordinati dall’Universidad Politécnica de Madrid (UPM) e il coinvolgimento di 300 pazienti individuati in quattro centri clinici situati in Italia, Spagna e Portogallo. «L’approccio “Open Science”, richiesto dalla call, ci ha portato a seguire un iter burocratico abbastanza complesso per permetterci di costruire i tool e le app in collaborazione con i clinici e le associazioni dei pazienti, ma anche con altri operatori, come i fisioterapisti, per capire di che cosa avessero bisogno – continua la Di Camillo. E aggiunge – Abbiamo specificato che il dato non sarebbe stato venduto, né che ci sarebbe stato un successivo utilizzo commerciale. Il dato sarebbe stato messo a disposizione per creare dei modelli di Intelligenza Artificiale per predire il rischio di progressione nei pazienti con SLA e SM».    L’Università di Padova, responsabile tecnico di Brainteaser, sta guidando lo sviluppo di questi modelli di Intelligenza Artificiale, in collaborazione con altri partner. «Per quanto riguarda l’AI, una parte viene sviluppata da noi a Padova, una dal gruppo di Torino, una da quello di Lisbona e una parte dal gruppo di Pavia – specifica la Di Camillo. E continua – Con l’AI abbiamo elaborato tutti i dati raccolti durante il progetto e i dati retrospettivi che avevano i clinici, per impostare i modelli predittivi che indicassero la progressione della malattia e la stratificazione dei pazienti in gruppi diversi in base alla velocità di progressione».  Grazie a uno smartwatch e a uno smartphone consegnati a ogni paziente del progetto, viene messa a disposizione un’app che offre anche contenuti educativi e servizi personalizzati, come strumenti per promuovere l’autogestione della malattia. I pazienti possono condividere informazioni utilizzando l’app che, allo stesso tempo, monitora costantemente la loro attività/mobilità e i parametri vitali. Attraverso l’uso dell’AI, quindi, non solo vengono generate delle predizioni ma anche una visualizzazione chiara e comprensibile dei dati. Queste informazioni vengono trasmesse al clinico che, vedendo le predizioni del modello e i dati del paziente, può decidere se anticipare (mai posticipare) la visita periodica del paziente. Oltre ai dati clinici, vengono acquisiti i dati delle app progettate e sviluppate per i pazienti con sclerosi laterale amiotrofica e sclerosi multipla. Vengono inoltre raccolti anche i dati di un sensore della qualità dell’aria indossato dai pazienti: la qualità dell’aria è un dato che incide sulla malattia ma non risulta essere una variabile dei modelli predittivi. «Quello che ci interessa nello sviluppo dell’AI – sottolinea la Prof.ssa Di Camillo – è la capacità degli algoritmi di generalizzare su nuovi dati. Se consideriamo come predire la progressione della malattia, sappiamo che ci sono tantissime variabili che non è possibile o facile raccogliere. Per esempio, non consideriamo il contesto familiare, anche se un paziente solo o che è stato lasciato dal coniuge dopo la diagnosi funesta, molto probabilmente vede peggiorato il decorso della sua malattia. Un modello di predizione, comunque, deve funzionare su tutti i pazienti, in modo da dare al clinico un’indicazione accurata sulla possibile progressione della malattia». Brainteaser si chiuderà il prossimo giugno e quindi, in questo periodo, i partner stanno parlando dell’exploitation plan e dell’incontro che si terrà a Bruxelles su questo argomento.  «Utilizzare l’AI in clinica non è semplice: in un contesto di ricerca è possibile, ma in un contesto reale è necessario certificare tutti i software come dispositivi medici: strumenti clinici, sistemi di monitoraggio e app per i pazienti sono relativamente facili da certificare. Tuttavia, per l’AI usata in un contesto predittivo, la questione diventa molto più complessa, soprattutto alla luce del recente “AI act”, pubblicato lo scorso maggio, che aggiunge, giustamente, ulteriori vincoli e requisiti ». – conclude la prof.ssa Di Camillo. Con Brainteaser, ricercatori, clinici e pazienti hanno svolto un lavoro enorme per portare l’intelligenza artificiale nella pratica clinica, con…

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“Sostenibilità Intelligente”: il recap dell’evento

Venerdì 29 novembre, presso il Palazzo della Salute di Padova, si è svolto l’evento organizzato dal Dipartimento di Ingegneria dell’Informazione “Sostenibilità Intelligente – Sfide e prospettive per le tecnologie green del futuro”, moderato dal prof. Ruggero Carli, professore associato di Automatica presso il DEI.Un evento dal taglio divulgativo rivolto a tutta la cittadinanza, nel pieno spirito della Terza Missione dell’Università. Studenti, associazioni, istituzioni, aziende e pubblico generico hanno risposto numerosi all’invito del nostro dipartimento, riempendo quasi completamente la sala conferenze.Dopo i saluti istituzionali del prof. Angelo Cenedese, ordinario di Automatica e responsabile del progetto Terza Missione del DEI e la presentazione dell’evento da parte del prof. Ruggero Carli, è intervenuto il vicesindaco del Comune di Padova, Andrea Micalizzi, che ha sottolineato le azioni che sta compiendo la nostra città in tema di sostenibilità ambientale, soprattutto per ridurre le emissioni climalteranti.Azioni riconosciute anche a livello europeo, tanto che Padova, unica città del Veneto, è stata scelta come città pilota fra 100 città europee per arrivare alla neutralità climatica entro il 2030, secondo la missione dell’Unione Europea per le città climaticamente neutre e intelligenti all’interno del programma di ricerca e innovazione Horizon Europe per gli anni 2021-2027.Per incrementare le politiche di sviluppo sostenibile e promuovere una cultura della sostenibilità nella nostra comunità, ha concluso il vicesindaco, è pertanto fondamentale lavorare tutti insieme, municipio e altri soggetti. Il prof. Daniele Visioni, dottore di ricerca in chimica e fisica dell’atmosfera, in collegamento dagli Stati Uniti, dove insegna alla Cornell University, ha spiegato che la comunità di scienziati esperti del clima è unanime nell’affermare che le attività umane stanno giocando un ruolo rilevante nell’aumento delle temperature globali.Anche se parlando del clima stiamo comunque ragionando su una teoria scientifica, le previsioni sono sempre più robuste nel dimostrare che l’influenza umana ha riscaldato l’atmosfera, l’oceano e le terre emerse, con un’incidenza che non si era mai vista in duemila anni. In particolare, gli studi pubblicati dall’IPCC (Intergovernmental Panel On Climate Change), il principale organismo internazionale per la valutazione dei cambiamenti climatici, dimostrano che c’è una correlazione tra questa teoria e, per esempio, le osservazioni fatte dai satelliti che ci permettono di misurare le lunghezze d’onda del disequilibrio climatico. Oggi si misura anche la traccia isotopica del carbonio prodotto dai combustibili fossili che è diversa, come traccia, da quella prodotta da animali e piante.Cosa possiamo aspettarci da modelli e predizioni?Nonostante il livello di confidenza dei modelli, l’incertezza rimane, poiché la discriminante è ciò che farà la società umana. IPCC, pertanto, informa i governi, sottolineando che il futuro dipende da noi e dalle scelte che porteremo avanti. Decarbonizzare per mitigare gli effetti negativi del cambiamento climatico che stiamo vivendoè, dunque, estremamente necessario. Ma si sta investendo in questo senso? Manuel Gallio, laureato al DII di Padova ed esperto del mondo industriale, ha illustrato qual è il trend degli strumenti finanziari nei sistemi energetici attuali e del prossimo futuro, per poter capire quali sono gli investimenti che dovremmo aspettarci dagli Stati nel settore dell’energia. Si punterà sulle rinnovabili o dovremo ancora continuare ad utilizzare il gas, oppure il nucleare sarà una valida alternativa?Senza entrare nelle questioni politiche, essendo questo un intervento di tipo tecnico di alto profilo, abbiamo compreso cosa è realistico aspettarsi dagli investimenti finanziari.L’analisi del Dott. Gallio ci dice che un mix di tecnologie rinnovabili, come l’eolico off-shore e il solare, e tecnologie efficienti che utilizzano il gas o addirittura mini-reattori nucleari per alimentare i data center, sono la soluzione migliore per cercare di andare incontro – realisticamente in questo momento – agli obiettivi sul clima, mitigando l’aumento della temperatura e diminuendo le emissioni di CO2.Dopo questo intervento di stampo più economico-finanziario, si è passati alle attività di ricerca del Dipartimento di Ingegneria dell’Informazione a favore della decarbonizzazione, con il prof. Mirco Rampazzo, professore associato in Automatica del DEI.Nel suo intervento, intitolato “il ruolo dell’ICT nell’era dell’Internet dell’energia”, ha spiegato che l’Internet dell’energia è, in pratica, un sistema di sistemi, dove la possibilità di mettere insieme diverse forme di energia diventa molto ampio. Con questa complessità, l’intelligenza dentro le tecnologie che sviluppiamo può essere utile per accelerare la transizione energetica tanto auspicata: in questo senso, il ruolo dell’ICT (Information and Communication Technologies) nell’era dell’Internet dell’energia, diventa cruciale. Infine, il prof. Paolo Mattavelli, del “Centro studi di Economia e Tecnica dell’Energia Giorgio Levi Cases”, ha parlato delle iniziative del centro interdipartimentale dell’Università di Padova a favore dei ricercatori, per dare loro la possibilità di fare progetti con tematiche non presenti nel loro dipartimento, ma comunque nel campo delle fonti di energia, della loro trasformazione, distribuzione e utilizzo finale. Tra i vari progetti dei ricercatori, ne citiamo due: Smart Power-Electronic Hub e Liquefied Natural Gas as a SustainablE Alternative maritime fuel. Dopo gli interventi degli esperti del mondo accademico e dell’industria, si è tenuta una tavola rotonda con alcune associazioni del territorio, che hanno condiviso “buone pratiche” e riflessioni sulla sostenibilità.Hanno partecipato i rappresentanti di due associazioni studentesche – LEDS for Africa e Catharsis – e una associazione – Radici Future 2030 – che ogni anno propone un festival della sostenibilità a Bassano del Grappa promuovendo progetti che coinvolgono i ragazzi delle scuole superiori e aziende.Tutte queste realtà si stanno prodigando per cercare di promuovere un rafforzamento nella coscienza delle persone. È stato particolarmente interessante il racconto dei progetti attuati per la sostenibilità, con ricadute tangibili e positive nelle comunità interessate, siano esse in Africa o nel nostro territorio.Un aperitivo di networking con tutti i presenti – oltre 80 persone – ha chiuso l’evento, che, ne siamo certi, ha trasmesso un messaggio positivo: tutti insieme possiamo davvero fare qualcosa di importante e utile per contribuire alla sostenibilità del nostro pianeta e al benessere delle generazioni future.

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[ING.Tonic] Wrap UP – Il riepilogo 2024

Il prossimo 17 dicembre arriva l’ultimo appuntamento dell’anno con l’iniziativa [ING.tonic]: l’aperitivo scientifico del Dipartimento di Ingegneria dell’Informazione dell’Università degli Studi di Padova. Con [ING.tonic] il Dipartimento è voluto uscire dalla sua “comfort zone” fatta di cattedre ed aule per entrare nei locali pubblici della città. I quattro apertivi con la ricerca del DEI hanno avvicinato la cittadinanza su tematiche come Intelligenza Artificiale, neurorobotica, transistor ed elettronica e metaverso. Il 17 dicembre riassumeremo insieme queste tematiche in un appuntamento finale che si svolgerà presso il Palazzo della Salute srl, in via S.Francesco 90, a Padova. INGRESSO GRATUITO CON PRENOTAZIONE   I TALK: Eravamo 4 robot al bar… che volevano cambiare il mondoSe le formiche si mettono d’accordo, possono spostare un elefante (Proverbio del Burkina Faso). Cosa succede se a mettersi d’accordo sono i robot? Azioni coordinate e comportamenti collettivi in grado di cambiare il mondo.Angelo Cenedese e Giulia Michieletto Cogito ergo robot. Assaggi di neuroroboticaCos’è la neurorobotica? È possibile guidare un robot col pensiero? E i robot sono abbastanza intelligenti per capire le intenzioni dell’essere umano? Le sfide della brain-machine interface nella vita di tutti i giorni.Luca Tonin Incontri ravvicinati del 4° tipo. Appuntamento nel Metaverso Una caccia al tesoro e un gioco di costruzioni nel Metaverso: capire le sfide con cui le nuove tecnologie immersive rivoluzioneranno le interazioni umane e le comunicazioni in un futuro non così lontano!Federica Battisti Le dodici fatiche dell’elettrone. Dal gatto di Schrödinger all’intelligenza artificiale La gloriosa storia dell’elettrone (dal muovere i treni ai sistemi di intelligenza artificiale), la trasformazione sociale che ha prodotto, il cambiamento del mondo ad opera della fisica quantistica e impatto sociale ed economico delle nuove tecnologie.Matteo Meneghini Scopri di più e prenota il tuo posto Info: SEDE: Palazzo della Ragione, Via San Francesco 90 – Padova ORARIO: 18:30 EVENTO GRATUITO SU PRENOTAZIONE(link di prenotazione)

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AI@DEI for Industry

Si terrà il prossimo 20 novembre, dalle 14:30 alle 18:30, nella nostra Aula Magna, “AI@DEI for Industry“, organizzato dal Dipartimento di Ingegneria dell’Informazione (DEI) dell’Università di Padova e rivolto alle aziende del settore industriale.L’obiettivo è di esplorare le più recenti innovazioni in Intelligenza Artificiale applicata all’industria e avviare collaborazioni con il nostro dipartimento. Con AI@DEI, il Dipartimento vuole creare un’opportunità di incontro fra accademia e tessuto industriale locale, anche nell’ottica di creazione di sinergie e collaborazioni innovative: sarà infatti possibile incontrare i laureati in Ingegneria dell’Informazione e scoprire le possibilità di finanziamenti nazionali e internazionali. Il Veneto è una delle regioni italiane economicamente più sviluppate, con un’importante concentrazione di imprese industriali ad alto contenuto tecnologico. Secondo gli ultimi dati del 2024, sono circa 82 mila le imprese industriali attive nella nostra regione in vari settori, come l’industria manifatturiera, i macchinari e la produzione alimentare. L’evento si aprirà con i saluti istituzionali e proseguirà con una serie di interventi da parte di esperti su tematiche di AI all’avanguardia, come Generative AI, data analytics, e sistemi di intelligenza artificiale spiegabile (XAI) per il monitoraggio industriale. Il programma completo e maggiori informazioni sull’evento sono disponibili al seguente link.   Scopri di più e prenota il tuo posto

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Le macchine che fanno musica. Dai rulli traforati per autopiano alle tecnologie digitali

L’ingegneria al servizio dei beni culturali, al DEI, prende la forma del Centro di Sonologia Computazionale (CSC, per gli amici). Un laboratorio in cui gli algoritmi incontrano l’arte e si mettono al suo servizio.Uno dei principali ambiti di ricerca del CSC è quello della conservazione e promozione di beni musicali e artistici. Uno dei progetti di ricerca del CSC è quello portato avanti, con la supervisione del prof. Sergio Canazza, dal dottorando Pierluigi Bontempi e prevede la digitalizzazione dei rulli per autopiano. Il progetto viene realizzato grazie anche alla fondamentale collaborazione con il Dipartimento di Musicologia e Beni Culturali dell’Università di Pavia e con AMMILAB (il laboratorio tecnico dell’Associazione Musica Meccanica Italiana). Tutti ricordiamo brevi sequenze di film d’epoca in cui un pianoforte suonava “da solo” senza che ci fosse qualcuno a premerne i tasti, un autopiano, appunto: un particolare tipo di pianoforte, dotato di un meccanismo in grado di attivare autonomamente i tasti, che si diffuse tra gli ultimi anni dell’Ottocento e i primi due decenni del Novecento. Il suo funzionamento è basato sull’uso di rulli di carta perforati come supporto per l’informazione musicale. Nei rulli di tipo metronomico, ovvero creati a tavolino, le forature corrispondono alle note da far suonare, e in alcuni casi all’uso del pedale di risonanza o all’accentuazione della metà sinistra o destra della tastiera. Altre indicazioni stampate o scritte sul rullo possono fare riferimento alla velocità di scorrimento dello stesso o all’intensità dei suoni, due parametri che l’autopianista controllava in tempo reale tramite apposite levette, durante la riproduzione. Nei rulli di tipo reproducing, ovvero ricavati a partire da una vera performance pianistica, sono presenti ulteriori forature per il controllo automatico dell’intensità sonora. Anche se oggi la maggior parte di noi sembra non ricordare l’esistenza dell’autopiano, in realtà la loro diffusione fu abbastanza significativa. Non è però facile misurare con precisione le reali dimensioni del fenomeno dei rulli, mancano studi approfonditi in merito all’entità della produzione e della diffusione degli stessi. Sembrerebbe comunque realistico ipotizzare una realizzazione totale approssimativa a livello mondiale di circa 500.000 diversi titoli. Quali sono le attività del CSC relative agli autopiano? Il CSC è impegnato in due progetti di ricerca relativi ai rulli per autopiano:Il primo prevede lo sviluppo di un software basato su tecniche di computer vision per l’estrazione di informazioni e la conversione delle scansioni dei rulli in file MIDI con l’obiettivo è la traduzione delle informazioni ricavate dai rulli in un formato (il MIDI) ottimale per l’ottenimento successivo di file sonori e per specifiche attività di information retrieval. Ci si propone inoltre di estrarre e salvare in apposite basi dati tutte le informazioni non compatibili con il formato MIDI, ma comunque potenzialmente utili a fini scientifici (ad esempio eventuali appunti testuali scritti sul rullo). Il secondo è dedicato alla ricerca computazionale di passaggi espressivi nei rulli metronomici, per indagare le modalità tramite cui i rulli metronomici venivano talvolta resi particolarmente espressivi effettuando forature non perfettamente corrispondenti alla partitura musicale. A questo proposito un primo contributo scientifico è stato recentemente pubblicato sul Journal of Cultural Heritage (Elsevier).  

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