10. AIMOOC 1.5 mario rosanova
Viktoria Mullova Zatorre, Chen and Penhune Nature Rev Neurosci 2007
11. AIMOOC 1.5 mario rosanova
Friston, Annu Rev Neurosci 2002
Park & Friston, Science 2013
«The brain appears to adhere to two fundamental
principles of functional organization, functional integration
and functional specialization».
12. AIMOOC 1.5 mario rosanova
Friston, Annu Rev Neurosci 2002
Park & Friston, Science 2013
«The brain appears to adhere to two fundamental
principles of functional organization, functional integration
and functional specialization».
«L’organizzazione funzionale del cervello sembra poggiare
su due principi fondamentali: l’integrazione funzionale e la
specializzazione funzionale»
13. AIMOOC 1.5 mario rosanova
Global Neuronal Workspace Theory per l’elaborazione cosciente di stimoli sensoriali
Dehaene et al., TICS 2006 Dehaene & Changeux, Neuron 2011
14. AIMOOC 1.5 mario rosanova
Jonathan Clarke,
Wellcome Images and UCL
15. AIMOOC 1.5 mario rosanova
Jonathan Clarke,
Wellcome Images and UCL
Larkum, Zhu and Sakmann,
Nature 1998
16. AIMOOC 1.5 mario rosanova
Jonathan Clarke,
Wellcome Images and UCL
Larkum, Zhu and Sakmann,
Nature 1998
Larkum, TINS 2012
17. AIMOOC 1.5 mario rosanova
Ciaccona di J.S. Bach eseguita da Viktoria Mullova
https://www.youtube.com/watch?v=ODrm6GuB0L8
19. AIMOOC 1.5 mario rosanova
C. Sherrington Uomo e natura, Boringhieri , Torino 1960
G. Edelman e G. Tononi, Un universo di coscienza, Einaudi, Torino 2000
20. AIMOOC 1.5 mario rosanova
“E’ la semplice esperienza cosciente di un colore,
un suono o un dolore ciò che dobbiamo spiegare…
…Questo è il problema davvero arduo: spiegare la più semplice
delle manifestazioni della coscienza, la più semplice delle esperienze”
(Giulio Tononi, Galileo e il fotodiodo, Laterza 2003)
21. AIMOOC 1.5 mario rosanova
“E’ la semplice esperienza cosciente di un colore,
un suono o un dolore ciò che dobbiamo spiegare…
…Questo è il problema davvero arduo: spiegare la più semplice
delle manifestazioni della coscienza, la più semplice delle esperienze”
(Giulio Tononi, Galileo e il fotodiodo, Laterza 2003)
“La coscienza è esperienza”
(Christof Koch, Sentirsi vivi, Raffaello Cortina 2021)
22. AIMOOC 1.5 mario rosanova
“La coscienza è quella cosa che svanisce ogni notte quando cadiamo
addormentati in un sonno senza sogni”
(Giulio Tononi, Galileo e il fotodiodo, Laterza 2003)
27. AIMOOC 1.5 mario rosanova
Anossia
Trauma
Evento
cerebrovascolare
28. AIMOOC 1.5 mario rosanova
Anossia
Trauma
Evento
cerebrovascolare
Plum & Posner, Diagnosis of stupor and coma 2007
29. AIMOOC 1.5 mario rosanova
Anossia
Trauma
Evento
cerebrovascolare
Con il cortese consenso dei parenti del paziente
Plum & Posner, Diagnosis of stupor and coma 2007
Coma
30. AIMOOC 1.5 mario rosanova
Onde lente del sonno profondo Non REM
Oscillazioni rapide Onde alfa
31. AIMOOC 1.5 mario rosanova
Coma, paziente incosciente
Westmoreland et al., JAMA 2011
Crisi epilettica in paziente cosciente
Gokyigit & Caliskan, Epilepsia 1995
32. AIMOOC 1.5 mario rosanova
Tononi and Edelman, 1998; Tononi, 2004; Seth et al., 2006 ; Sporns,
2011; Massimini and Tononi, 2018; Tononi, M. Boly, M Massimini, C
Koch, Nat Rev Neurosci 2016
Coscienza = esperienza soggettiva
Un sistema fisico è cosciente nella misura
in cui è in grado di integrare informazione
(Information Integration Theory, IIT)
33. AIMOOC 1.5 mario rosanova
Coscienza = esperienza soggettiva
La coscienza nel cervello dipende dall’instaurarsi
di un equilibrio ottimale tra specializzazione funzionale (diversità)
e integrazione funzionale (unità)
Tononi and Edelman, 1998; Tononi, 2004; Seth et al., 2006 ; Sporns,
2011; Massimini and Tononi, 2018; Tononi, M. Boly, M Massimini, C
Koch, Nat Rev Neurosci 2016
34. AIMOOC 1.5 mario rosanova
Coscienza = esperienza soggettiva
La coscienza nel cervello dipende dall’instaurarsi
di un equilibrio ottimale tra specializzazione funzionale (diversità)
e integrazione funzionale (unità) ≅ complessità
Tononi and Edelman, 1998; Tononi, 2004; Seth et al., 2006 ; Sporns,
2011; Massimini and Tononi, 2018; Tononi, M. Boly, M Massimini, C
Koch, Nat Rev Neurosci 2016
35. AIMOOC 1.5 mario rosanova
Massimini and Tononi, Seizing up consciousness, Oxford University Press 2018
Bassa integrazione
Bassa complessità
Bassa differenziazione
Bassa complessità
Equilibrio tra integrazione
e differenziazione
Alta complessità
36. AIMOOC 1.5 mario rosanova
Perturbare e misurare
Equilibrio tra integrazione
e differenziazione
Alta complessità
p
37. AIMOOC 1.5 mario rosanova
Massimini and Tononi, Seizing up consciousness, Oxford University Press 2018
Massimini et al., PBR 2009
Equilibrio tra integrazione
e differenziazione
Alta complessità
E’ possibile perturbare e misurare
il cervello umano per ottenere
una misura di complessità?
48. AIMOOC 1.5 mario rosanova
Massimini et al Science, 2005
Sonno Non REM
Veglia
49. AIMOOC 1.5 mario rosanova
Massimini et al Science, 2005
Sonno Non REM
Veglia
50. AIMOOC 1.5 mario rosanova
midazolam
NREM sleep
Ferrarelli et al. PNAS, 2010
Sarasso et al. Curr Biol 2015
wakefulness
propofol
xenon
51. AIMOOC 1.5 mario rosanova
Conscious (Report) Unconscious (Report)
Rosanova et al., J Neurosci 2009; Ferrarelli et al., PNAS 2010; Rosanova et a., Brain, 2012; Casali et al., Science Transl Med 2013; Sarasso et al., Current Biology 2015;
Unknown/DoC patients
52. AIMOOC 1.5 mario rosanova
Conscious (Report) Unconscious (Report)
Rosanova et al., J Neurosci 2009; Ferrarelli et al., PNAS 2010; Rosanova et a., Brain, 2012; Casali et al., Science Transl Med 2013; Sarasso et al., Current Biology 2015;
Pazienti con disturbi della coscienza
53. AIMOOC 1.5 mario rosanova
Anossia
Trauma
Evento
cerebrovascolare
Con il cortese consenso dei parenti del paziente
Plum & Posner, Diagnosis of stupor and coma 2007
Coma
54. AIMOOC 1.5 mario rosanova
With patient’s relatives permission
Plum & Posner, Diagnosis of stupor and coma 2007
OR UNRESPONSIVE WAKEFULNESS SYNDROME
the patient recovers
sleep/wake cycles,
yet there is no
functional
communication with
the external world
Anossia
Trauma
Evento
cerebrovascolare
55. AIMOOC 1.5 mario rosanova
Plum & Posner, Diagnosis of stupor and coma 2007
OR UNRESPONSIVE WAKEFULNESS SYNDROME
Bruno et al., Journal of Neurology 2011
Anossia
Trauma
Evento
cerebrovascolare
56. AIMOOC 1.5 mario rosanova
CRS-R
Plum & Posner, Diagnosis of stupor and coma 2007 Kalmar & Giacino, Neuropsychological rehabilitation 2005
Anossia
Trauma
Evento
cerebrovascolare
57. AIMOOC 1.5 mario rosanova
Percezione
sensoriale
Attenzione Memoria di lavoro
Funzioni motorie
ed esecutive
58. AIMOOC 1.5 mario rosanova
Percezione
sensoriale
Attenzione Memoria di lavoro
Funzioni motorie
ed esecutive
59. AIMOOC 1.5 mario rosanova
Pistoia et al., Open Journal of Neuroimaging 2016
Locked-In
Syndrome?
60. AIMOOC 1.5 mario rosanova
Bruno et al., Journal of Neurology 2011
OR Unresponsive Wakefulness Syndrome
Locked-In
Syndrome?
Locked-In Syndrome: the patient is fully conscious, yet her/he
cannot functionally communicate due to lesions of the motor pathways
61. AIMOOC 1.5 mario rosanova
Probing the subject to elicit a neural response
Owen et al., Science 2006; Boly et al., Neuroimage 2007; Monti et al., NEJM 2010; Monti et al., BMJ 2010; Cruse et al., Lancet
2011; Curley et al., Brain 2018; Claassen et al., NEJM 2019
63. AIMOOC 1.5 mario rosanova
“Sonno”
TMS
Vegetative State
(vigilance without awareness)
64. AIMOOC 1.5 mario rosanova
“Sonno” “Veglia”
TMS TMS
Vegetative State
(vigilance without awareness)
65. AIMOOC 1.5 mario rosanova
TMS
Rosanova et al., Brain 2012
EEG Trace recorded at the
electrode under the stimulator
Awake, unresponsive, no report
UWS
66. AIMOOC 1.5 mario rosanova
TMS
Awake, conscious, no report
Rosanova et al., Brain 2012
67. AIMOOC 1.5 mario rosanova
TMS
Awake, minimal signs of consciousness
Rosanova et al., Brain 2012
71. AIMOOC 1.5 mario rosanova
Integration
Differentiation
Complexity
Casali et al., Science Transl Med 2013
Casarotto et al, Ann Neurology 2016
Comolatti et al, Brain Stim 2019
72. AIMOOC 1.5 mario rosanova
ZIP
Integration
Differentiation
Complexity
Casali et al., Science Transl Med 2013
Casarotto et al, Ann Neurology 2016
Comolatti et al, Brain Stim 2019
0.1
0.2
0.4
0.5
0.6
0.3
0
0.7
Conscious Benchmark
CALIBRATION APPLICATION
Unconscious Benchmark
VS
Perturbational
Complexity
Index
MCS
73. AIMOOC 1.5 mario rosanova
Stratificazione dei pazienti in stato vegetativo
Casarotto et al., Ann Neurol 2016
74. AIMOOC 1.5 mario rosanova
Stratificazione dei pazienti in stato vegetativo
Casarotto et al., Ann Neurol 2016
76. AIMOOC 1.5 mario rosanova
Bistabilità corticale
Rosanova and Timofeev, J. Physiol 2005
Registrazione intracellulare
Da neurone piramidale
della corteccia
Onde lente
Oscillazioni veloci
EEG
Periodi di silenzio,
OFF periods
Periodi di attività
1 sec
77. AIMOOC 1.5 mario rosanova
Pigorini et al., Neuroimage 2015
OFF-period
Quantifying cortical bistability from EEG
78. AIMOOC 1.5 mario rosanova
Rosanova, Fecchio et al., Nature Communications 2018
79. AIMOOC 1.5 mario rosanova
Rosanova, Fecchio et al., Nature Communications 2018
80. AIMOOC 1.5 mario rosanova
Soppressione delle oscillazioni
veloci dell’EEG
(periodi di silenzio neuronale)
Rosanova, Fecchio et al., Nature Communications 2018
81. AIMOOC 1.5 mario rosanova
Rosanova, Fecchio et al., Nature Communications 2018
Soppressione delle oscillazioni
veloci dell’EEG
(periodi di silenzio neuronale)
82. AIMOOC 1.5 mario rosanova
Rosanova, Fecchio et al., Nature Communications 2018
Soppressione delle oscillazioni
veloci dell’EEG
(periodi di silenzio neuronale)
83. AIMOOC 1.5 mario rosanova
Rosanova, Fecchio et al., Nature Communications 2018
Soppressione delle oscillazioni
veloci dell’EEG
(periodi di silenzio neuronale)
84. AIMOOC 1.5 mario rosanova
Rosanova, Fecchio et al., Nature Communications 2018
86. AIMOOC 1.5 mario rosanova
I periodi di silenzio neuronale
in paziente sveglio, cosciente
con ictus in una regione
perilesionale
Sarasso et al., Brain 2020
88. AIMOOC 1.5 mario rosanova
Rosanova, Fecchio et al., Nature Communications 2018
I periodi di silenzio neuronale
sono rimpiazzati da un’attività
sostenuta nel tempo
89. AIMOOC 1.5 mario rosanova
Casarotto et al., Ann Neurol 2016
Stratificazione dei pazienti in stato vegetativo
90. AIMOOC 1.5 mario rosanova
ZIP
Integration
Differentiation
Complexity
Casali et al., Science Transl Med 2013
Casarotto et al, Ann Neurology 2016
Comolatti et al, Brain Stim 2019
0.1
0.2
0.4
0.5
0.6
0.3
0
0.7
Conscious Benchmark
CALIBRATION APPLICATION
Unconscious Benchmark
VS
Perturbational
Complexity
Index
Disconnected
Consciousness?
MCS
91. AIMOOC 1.5 mario rosanova
UNIVERSITY OF WISCONSIN:
Fabio Ferrarelli
Brady Riedner
Michael Peterson
Reto Huber
Michael Murphy
Harpreet Singh
Giulio Tononi
UNIVERSITY OF MILAN:
Marcello Massimini
Silvia Casarotto
Simone Sarasso
Adenauer Casali
Matteo Fecchio
Andrea Pigorini
Martino Napolitani
Angela Comanducci
Sara Parmigiani
Alice Mazza
FERB:
Carlo de Fanti
Cristina Landi
Chiara Olivieri
UNIVERSITY OF LIEGE:
Melanie Boly
Olivia Gosseries
Marie-Aurelie Bruno
Didier Ledoux
Steven Laureys
HOSPITAL SAN GERARDO:
Giuseppe Citerio
Alessia Vargiolu
UNIVERSITY OF MILAN-Bicocca:
Leonor Romero-Lauro
Alberto Pisoni
Giulia Mattavelli
HOSPITAL NIGUARDA:
Arturo Chieregato
Francesco Curto
Michele Colombo
Gerardo Salvato
Manuela Berlingeri
Lino Nobili
Giorgio Lo Russo
Grazie!!
Ai pazienti e alle loro famiglie
92. AIMOOC 1.5 mario rosanova
Massimini et al., Cogn. Neurosci., 2010
I’m here
I was not
there
I was there
Dreaming