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Relazione primo anno

MINISTERO DELL'ISTRUZIONE DELL'UNIVERSITÀ E DELLA RICERCA

RELAZIONE ANNUALE

COORDINATORE

Anno 2004 - prot. 2004111320

1. Obiettivo della Ricerca
Partendo dall’idea che dai processi di organogenesi del sistema nervoso centrale ai processi cognitivi superiori, le componenti architetturali che gestiscono tali funzioni si articolino in strutture (patterns), a differenti livelli di scala, l’obiettivo primario del progetto è quello di mettere insieme le competenze fortemente interdisciplinari delle unità di ricerca, definire metodi e strumenti per modellizzare il comportamento naturale e artificiale, allargando da una parte i tradizionali confini disciplinari, dall’altra creando aree tematiche comuni con la condivisione di strumenti, ad hoc realizzati, per la simulazione, la raccolta di dati significativi, la possibilità di visualizzare e interpretare tali dati, con l’ausilio di nuove metodiche per la loro interpretazione.
La dinamica evolutiva (filogenetica e ontogenetica) che determina il comportamento biologico di un organismo, a differenti livelli di scala, è il prodotto dell’emergenza e dell’auto-organizzazione di componenti materiali differenti, che realizzano da una parte la struttura hardware dell’organismo (il corpo), dall’altra il comportamento cognitivo. Gli interrogativi cui il progetto intende rispondono riguardano:

  • individuazione delle dinamiche interne del comportamento biologico;
  • rappresentazione di tali dinamiche;
  • messa a punto degli strumenti per visualizzarle;
  • metodi di analisi per ottenere risultati significativi.

Apprendimento profondo, processi di categorizzazione in attività di costruzione, processi di riconoscimento e memorizzazione di stimoli uditivi, processi di crescita neurale, dall’aggregazione fra neuroni, all’aggregazione di macro-aree cerebrali durante l’organogenesi sono i fenomeni dinamici indagati.
All’interno del panorama della ricerca italiana il presente progetto porta un approccio innovativo interdisciplinare allo studio, simulazione e riproduzione in ambiente artificiale di fenomeni e modelli comportamentali complessi, introducendo nuove metodologie di modellizzazione e procedure di verifica sperimentale dei modelli proposti. Infatti, altri obiettivi specifici che il progetto propone sono:

  • dar vita in Italia ad un settore interdisciplinare anche formando i giovani ricercatori in questo ambito;
  • realizzare un’integrazione di metodi, strumenti e approcci concettuali, contribuendo all’avanzamento della ricerca nelle tematiche specifiche descritte;
  • favorire il trasferimento tecnologico dei nuovi risultati ottenuti con applicazioni all’industria anche culturale.

Il progetto si articola in 5 fasi. Nella prima fase, si metteranno a punto i principali metodi matematici, da utilizzare nei successivi processi di modellizzazione. Nella seconda fase si metteranno a punto gli esperimenti, le osservazioni sperimentali sui processi cognitivi e sui processi di crescita neurale. Nella terza e quarta si raccoglieranno i dati e si procederà alla loro analisi. Nella quinta fase si comunicheranno i risultati. La presenza rilevante di giovani dottorandi, assegnisti e post-doc nel progetto, appartenenti a tre diversi dottorati di ricerca, fonda il progetto sulla formazione avanzata dei giovani ricercatori, lo scambio e il trasferimento di know-how tra le unità. Di seguito si analizzeranno gli obiettivi correlati a ciascuna fase, relativi al primo anno di attività.
Fase I. Studio di metodi matematici per la modellizzazione del comportamento biologico e artificiale. L’obiettivo di questa fase riguarda lo studio dei modelli matematici e l’individuazione dei i metodi che saranno usati per modellare il comportamento naturale e artificiale. In particolare ci si riprometteva di concentrare l’attenzione su:

  • Studio di sistemi dinamici continui e discreti
  • Studio della complessità, caoticità, auto-similarità ed auto-organizzazione in contesti musicali.
  • Studio di equazioni differenziali della fisica matematica e loro applicazioni finalizzate al presente progetto.
  • La durata della prima fase era prevista in 18 mesi, e pertanto le attività del primo anno riguardavano i 2/3 dell’intero impegno previsto nel progetto.

Fase II. Studio dei processi cognitivi e neurali da modellizzare. L’obiettivo di questa fase è analizzare i processi cognitivi (mappe e modelli mentali, apprendimento e modelli cognitivi della musica) e modelli di crescita neurale (organogenesi) che saranno utilizzati nelle altre fasi di ricerca. In particolare le attività delle cinque unità riguardano:

  • Messa a punto di un esperimento di tipo osservativo con soggetti adulti che costruiscono manufatti, i cui risultati serviranno come base per la modellizzazione del comportamento moto-manipolatorio con metodi matematici.

Studio del processo di apprendimento, analizzando le variabili dovute all’interazio

  • all’interazione tra tipologia di docente (ad esempio che utilizza molto la gestualità oppure no), tipologia di discente (le strategie che ciascuno adotta preferenzialmente) e canale comunicativo utilizzato.
  • Valutazione statistica delle ipotesi che:
    • generi musicali differenti diano luogo ad una diversa localizzazione delle attivazioni cerebrali, rilevate mediante fMRI;
    • Differenti tipi di riconoscimento di stimoli musicali producano differenti risposte elettrocorticali, rilevate mediante EEG.
    • I diversi gruppi di soggetti negli esperimenti di riconoscimento evidenziano differenti risposte in funzione dell'expertise.
  • d. Analisi "in vitro" degli aspetti citomorfologici della plasticita' neuronale.

La durata della seconda fase era prevista in 18 mesi, e pertanto le attività del primo anno riguardavano i 2/3 dell’intero impegno previsto nel progetto.
Fase III. Fase sperimentale, creazione di simulazioni, osservazioni sperimentali e visualizzazione scientifica. Le attività previste in questa fase riguardavano la realizzazione di esperimenti e osservazioni, creazione di simulazioni e predisposizione di strumenti di visualizzazione scientifica. In particolare:

  • Raccolta dati osservativi e analisi dei manufatti e dei software realizzati dai soggetti. Creazione di simulatori, il primo basato su automi cellulari, il secondo basato su sistemi dinamici continui, il terzo con C.N.N. (Cellular Neural Networks); estrazione di elementi significativi da usare nella modellizzazione; Messa a punto di tecniche per la visualizzazione scientifica dei dati; Realizzazione di simulazioni di categorie cognitive.
  • Realizzazione di due disegni sperimentali. Il primo per studiare la tendenza del parlante a costruirsi modelli mentali di informazioni apprese, allo scopo di esporle in un dato contesto comunicativo. Il secondo con l’obiettivo di investigare il ruolo della gestualità spontanea nel favorire l'ascoltatore, al fine di testare la seguente duplice ipotesi: da un lato chi ascolti (e veda) un attore che parla e gesticola dovrebbe esser facilitato nel costruirsi un modello mentale del discorso.
  • valutazione dell'opportunità e della possibilità di implementare circuiti elettronici dedicati per effettuare le elaborazioni in tempo reale; costruzione di un modello di neurone secondo Hodgkin e Huxley.
  • Studio dettagliato dell'organogenesi e rimodellamento "in vivo" del SNC.

La durata di questa fase era prevista in 12 mesi, e pertanto le attività del primo anno riguardavano la metà dell’intero impegno previsto nel progetto.
Fase IV: Raccolta dati. Questa fase è dedicata alla raccolta dati ad opera delle unità di ricerca che hanno attivato esperimenti, osservazioni e simulazioni.
La durata di questa fase era prevista per 12 mesi, a partire dall’undicesimo mese dall’inizio del progetto e pertanto le attività del primo anno riguardavano appena 1/6 dell’intero impegno previsto nel progetto.

2.1 Risultati (i risultati di maggior rilievo conseguiti nel corso dell'attività di ricerca)
Si presentano di seguito i risultati di maggior rilievo del progetto conseguiti per ciascuna fase incrociati con i criteri di verificabilità. Infine si evidenzia il carattere innovativo in rapporto allo stato dell’arte nel settore della modellizzazione del comportamento naturale e artificiale.
Si ricorda brevemente che i criteri adottati per il controllo della qualità dei risultati durante il progetto sono i seguenti:

  • Criterio di raggiungibilità degli scopi prefissi, singolarmente e globalmente.
  • Valutazione della qualità dei prodotti del progetto.
  • Valutazione del grado di cooperatività tra i vari gruppi di ricerca.
  • Possibilità di trasferimento tecnologico: visibilità di tali risultati.
  • Numero e rilievo delle pubblicazioni su riviste scientifiche nazionali e internazionali del settore, anche nel quadro di collaborazioni internazionali.
  • Contributo formativo interdisciplinare, mediante documentata attività a livello dottorale, promozione di attività seminariale, visite di studio di giovani dottorandi e ricercatori; organizzazione e partecipazione a scuole di dottorato a livello nazionale in settori interagenti.
  • Contributo all'innovazione tecnologica, mediante la collaborazione con industrie ed enti pubblici e privati e la partecipazione a progetti nazionali ed internazionali.
  • Numero di prototipi prodotti durante le fasi della ricerca.
  • Valutazione comparativa con riferimento all'innovatività dei risultati.

I prodotti della ricerca, fase per fase, fino adesso ottenuti sono i seguenti.
Fase 1. Studio di metodi matematici da usare nella modellizzazione del comportamento biologico e artificiale.
In questo ambito sono stati indagati i metodi matematici, dai sistemi dinamici continui e discreti allo sviluppo di tecniche e metodi geometrico-differenziali. E’ stato inoltre proficuo lo studio della complessità, caoticità, auto-similarità ed auto-organizzazione in contesti musicali.
In questa prima fase sono state sfruttate le competenze delle unità 1, dell'unità 3 e dell'unità 5 come strumento cardine per indagare le proprietà dinamiche e geometriche e caotiche dei sistemi fisici, riproponibili in sede biologica e/o artificiale. I risultati sono:

  • Relazione sui modelli matematici utilizzati.
  • Relazione sulla formulazione di metodologie matematiche e di confronti con metodologie tradizionali.
  • Sono stati approntati diversi modelli artificiali di simulazione per i sistemi matematici indagati.

Le pubblicazioni approntate per questa fase dalle unità coinvolte sono:
Cianci R. and Vignolo S. (2005) Gravity and Yang-Mills fields: geometrical approaches, in General Relativity and Gravitational Physics, proceedings of the 16th SIGRAV Conference on General Relativity and Gravitational Physics, Vietri sul Mare (Italy), 13-16 September 2004, AIP Conference Proceedings, Vol. 751, 2005, pp.64-74.
Vignolo S., Cianci R. and Bruno D. (2005) A first-order purely frame-formulation of general relativity, Class. Quantum Grav., Vol. 22, 2005, pp. 4063-4069.
Vignolo S., Cianci R. and Bruno D. (2005) On the Hamiltonian formulation of Yang-Mills gauge theories, Int.J.Geom.Methods Mod.Phys., Vol. 2, 2005, in print.
Massa E., Pagani E. and Bruno D. (2005) On the Calculus of Variations with Constraints, preprint Universita’ di Genova.
Pasquero S. (2005) Constraints in Impulsive Mechanics and the Gauss's minimum principle, Reports on Mathematical Physics. Vol. 55.
Pasquero S. (2005) On Carnot's Theorem in Time Dependent Impulsive Mechanics, Extracta Matematicae. Vol. 20.
Bilotta E., Gervasi S. and Pantano P. (2005) Reading Complexity in Chua’s Circuit by Music-Part I: a new way of understanding chaos, Int. J. of Bifurcation and Chaos:, 15-2, pp. 253-382.
Bilotta E., Pantano P. (2005) Emergent patterning phenomena in 2d Cellular Automata. Artificial Life, 11-3, pp. 339-362.
Faraco G., Pantano P., Servidio R. (2005) The use of Cellular Automata in the learning of emergence, Computers & Education, in press.
Mascali G., Romano V., Sellier J.M.(2005) MEP PARABOLIC HYDRODYNAMICAL MODEL FOR HOLES IN SILICON SEMICONDUCTORS, Il Nuovo Cimento B, 120 (2),197-215.
Bertacchini P. A., Bilotta E., Pantano P. (2005) Modelli matematici, linguaggi, musica, Sistemi Intelligenti, 3, 487-527.
G. Alì, A.M.Anile, G. Mascali, Variational Methods for the steady Boltzmann equation for semiconductors, da pubblicarsi su un numero speciale dei Rendiconti del Circolo Matematico di Palermo in onore di Guy Boillat.
Busiello S., Di Maio G. (2005) Fractal curves and their applications to image compression, sound signals and sound synthesis. In Proceedings of UCM 2005, 5th Conference "Understanding and Creating Music", Caserta, November 2005, 27-30, p. 32 – 43.
Busiello S. (2005) A musical composition created by means particular FFT filter. In Proceedings of UCM 2005, 5th Conference "Understanding and Creating Music", Caserta, November 2005, 27-30, p. 44 – 46.
Di Lorenzo P. (2005) Mathematics and Music: fatal (strange) attraction at first sight!. In "Applied and Industrial Mathematics in Italy" (M. Primicerio, R. Spinger, V. Valente), World Scientific, Series on Advances in Mathematics for Applied Sicences, vol. 69, p. 305-314.
Di Lorenzo P. (2005) Nonlinear time series analysis: a new tool for music similarity. In Proceedings of UCM 2004, 4th Conference "Understanding and Creating Music", Caserta, November 2004, 23-26, p. 57 - 63.
Di Lorenzo P. (2005) Applicazione dell'Analisi Non Lineare delle Serie Temporali al ritmo di frammenti melodici: primi risultati. In Atti del Convegno “Matematica, Arte e Industria Culturale", Univ. della Calabria, Cetraro, 19-21 maggio 2005.
Fase 2. Studio dei processi cognitivi e neurali da modellizzare.

  • Relazioni sui processi cognitivi da modellizzare. In questa fase sono stati predisposti vari disegni sperimentali allo scopo di studiare i processi cognitivi e neurali da modellizzare. In particolare sono state coinvolte l’unità 1 (Università della Calabria) e 2 (Università di Torino) per l’investigazione dei processi cognitivi e l’unità 4 (Università delle Marche) e l’unità 5 (Seconda Università di Napoli) per i processi neurali
  • Sono stati messi a punto i setting osservativi e sperimentali. I risultati riguardano:
    • Relazioni sulle ipotesi sperimentali.
    • Relazione sugli aspetti citomorfologici della plasticita' neuronale.
  • C. Predisposizione di un esperimento relativo alle attivazioni cerebrali nel riconoscimento musicale, mediante la rilevazione tramite fMRI e analisi dei risultati.

Anche per questa fase sono state prodotte numerose pubblicazioni, fra cui citiamo le seguenti:
Gabriele L. , Arcella A. , Servidio R. C. , Bertacchini P. A. (2005) Investigare strategie di problem solving attraverso la robotica: un’esperienza con studenti universitari". Atti del convegno "2° Workshop Italiano di Vita Artificiale", Istituto di Scienze e Tecnologie della Cognizione, CNR, Roma, 2-5 Marzo, 2005, A cura di Baldassarre G., Marocco D., Mirolli M., CNR:Roma, 2005.
Faraco G., Gabriele L. (2006) Using LabVIEW for applying mathematicalmodels in representing phenomena, Computers & Education, in press.
Bilotta E., Pantano P., Strade nella Complessità: Percorsi tra Arte e Scienza, Sistemi Intelligenti, in press.
Blancato, I. e Bucciarelli, M. (2004)Learning oriented communication: Unidirectionality and bidirectionality in audio and audio-visual contexts. The Fifth International Conference on Thinking, Leuven, Belgio, Luglio 22-24,42.
Cutica, I. e Bucciarelli, M. (2004)How spontaneous gesticulation facilitates the construction of mental models.The Fifth International Conference on Thinking, Leuven, Belgio, Luglio 22-24, 25.
Bara, B.G., Barsalow, L. e Bucciarelli, M. (2005) Eds. Proceedings of the XXVII Conference of the Cognitive Science Society. Lawrence Erlbaum Associates, Inc., Mahwah, New Jersey, USA.
Bucciarelli M. (2006)How the construction of mental models improves learning. Mind & Society,in press.
Di Lorenzo P., Di Maio G. (2005) Distanza e prossimità offrono modelli adeguati ai problemi di similarità musicale? In Atti del Convegno “Matematica, Arte e Industria Culturale", Univ. della Calabria, Cetraro, 19-21 maggio 2005.
Di Lorenzo P., Di Maio G. (2005) Hausdorff metric and Music Similarity. In Proceedings of UCM 2005, 5th Conference "Understanding and Creating Music", Caserta, November 2005, 27-30, p. 77 – 83.
Di Lorenzo P., Olivetti Belardinelli M., Padova A., Santoboni R. (2005) Recognition memory for music and musical timbre. In Proceedings of UCM 2005, 5th Conference "Understanding and Creating Music", Caserta, November 2005, 27-30, p. 129.
Delogu F., Di Lorenzo P., Di Maio G., Olivetti Belardinelli M. (2005) Comparison between a behavioural and a mathematic classifications of musical distances: a pilot research. In Proceedings of UCM 2005, 5th Conference "Understanding and Creating Music", Caserta, November 2005, 27-30, p. 69 – 75.
Di Maio G., Naimpally S. Screens and grids associated to the Hausdorff Metric Topology: Geometry, Image Processing and Sound Analysis. in preparation.
Di Maio G., Naimpally S. Proximity Spaces. In “Beyond Topology” (eds. Mynard, Pearl), Elsevier. to appear.
Ucelli G. , Conti G. , De Amicis R. , Servidio R. C. (2005) Intelligent Technologies for Interactive Entertainment. Lecture Notes in Computer Science Vol. 3814. Maybury M., Oliviero S., Wolfgang W. (EDS.), Cap. 20, Learning using Augmented Reality Technology: Multiple Means of Interaction for Teaching Children the Theory of Colours, Springher-Verlag, 193-202.
Bertacchini P. A. , Bilotta E. , Gabriele L. , Servidio R. C. , Tavernise A. (2006) Investigating Learning Processes Through Educational Robotics. Atti del convegno II° Australian School Library Association (ASLA), Online Conference, May 2006.
Arzarello F. , Francaviglia M. , Servidio R. C. (2006) Gesture and body-tactile experience in the learning of mathematical concepts. "International Conference on Applied Mathematics" - APLIMAT", Bratislava, 07-10 Febbraio, 2006.
Gabriele A. R. (2005) The Density Classification problem for multi-states cellular automata. VIIIth European Conference on Artificial Life.
Gabriele A. R., Gervasi S. (2005)A way to characterize complex cellular automata and those able to perform density classification. Proceeding of the European Conference on Complex Systems (ECCS’05), Paris 14-18 November 2005.
Ponticorvo M., Miglino O. (2005), Action-based Cognition: how robots with No sensory system orient themselves in an Open field box, In Mira J., Alvarez, J.R. (a cura di), Mechanisms, Symbols and Models underlying Cognition, Proceedings of the First International Work Conference IWINAC, Lecture Notes in Computer Science, Springer, Berlin, pagine I-396-404.
Campolongo G., Vena S. (2005) Analysing and Creating Music Through Small-World Networks, in Proceedings of V International , Conference Understanding and Creating Music, Seconda Università di Napoli, Caserta November 27-30.
Campolongo G., Vena S.(2005) Complessità e Musica: Analisi e Generazione di Melodie con Reti Small World, in Proceedings of the National Conference Mathematics, Art and Cultural Industry, Grand Hotel San Michele, Cetraro (CS), May 19-21, 2005.
Campolongo G., Vena S. Science of Networks and Music: A New Approach on Musical Analysis and Creation (2006) EvoMUSArt, Budapest, Hungary April 10-12 2006. Springer Lecture Notes in Computer Science Series.
Trubiani O., Salvolini E., Vignini A., D’Arcangelo C., Di Primio R., Mazzanti L.. (2005) NF-kB and NOS may play a role in human RPMI-8402 cell apoptosis. Cell Biol. Int., 29 529-536.
Trubiani O., Salvolini E., Santoleri F., D’Arcangelo C., Spoto G., Di Primio R., Mazzanti L.(2005) Changes of plasma membrane properties in a human pre-T cell line undergoing apoptosis. J. Membrane Biol. 204, 77-84.
Trubiani O., Recchioni R., Moroni F., Pizzicannella J., Caputi S., Di Primio R., (2005) Melatonin provokes cell death in human B-lymphoma cells by mitochondrial-dependent apoptotic pathway activation. J. Pineal Res., 39, 425-431.
Trubiani O., Di Primio R., Traini T., Pizzicannella J., Scarano A., Piattelli A., Caputi S., (2005) Morphological and cytofluorimetric analysis of adult mesenchymal stem cells expanded ex vivo from periodontal ligament. Int. J. Immunopathol. Pharmacol. 18, 213-221.
Fase 3. Fase sperimentale, creazione di simulazioni, osservazioni e visualizzazione scientifica.I risultati sono

  • Video-registrazioni del comportamento dei soggetti sperimentali.
  • Manufatti robotici.
  • Relazione sull'espletamento delle ricerche sperimentali.
  • Costruzione di simulatori.
  • Costruzione di modelli di neuroni artificiali.
  • Relazioni sui software sviluppati.
  • Relazione dettagliata sull'organogenesi ed il rimodellamento "in vivo"del SNC.

Fase 4. Raccolta dati.

  • Relazione sui dati raccolti negli esperimenti.
  • Raccolta di dati matematici forniti dalle simulazioni e dai prototipi realizzati.

Fra le pubblicazioni della fase 3 e dell’inizio della fase 4 citiamo:
Bilotta E., Francaviglia M., Pantano P., (2005) Modellizzazione Matematica del Comportamento Naturale e Artificiale, II° Workshop Italiano di Vita Artificiale, 2-5 Marzo 2005.
Faraco G. , Gervasi S. , Servidio R. C. (2005) Automi e semplici programmi: correlazioni con la complessità e l’emergenza". Atti del convegno. 2° Workshop Italiano di Vita Artificiale, Istituto di Scienze e Tecnologie della Cognizione, CNR, Roma, 2-5 Marzo, 2005, A cura di Baldassarre G., Marocco D., Mirolli M., CNR:Roma, 2005.
Cura di Atti di conferenze:
E. Bilotta, G. Buzzanca, V. Cafagna, G. Di Maio, M. Francaviglia, G. Nottoli, M. Olivetti Belardinelli, P. Pantano, L. Tarabella ,(2005) Atti del convegno “5th Understanding and Creating Music”, Caserta, 27-30 November 2005.
P. A. Bertacchini, E. Bilotta, M. Francaviglia, P. Pantano (2005) Atti del Convegno “Matematica, Arte e Industria Culturale”, Cetraro, 16-19 Maggio 2005.
Partecipazioni a conferenze internazionali:
Bilotta E., Pantano P.(2005) The Beauty of complexity (Plenary Talk) 5th Understanding Complex Systems Symposium, May 16-19, 2005 Department of Physics, University of Illinois at Urbana-Champaign.
Bilotta E., Pantano P.(2005) Structural and functional growth in self-reproducers, 5th Understanding Complex Systems Symposium, May 16-19, 2005 Department of Physics, University of Illinois at Urbana-Champaign.
S. Battiato, G. Di Blasi, G. Gallo, P. A. Bertacchini, E. Bilotta, P. Pantano (2005) Three-dimensional facial animation for virtual theatre, 36th EUROPEAN MATHEMATICAL PSYCHOLOGY GROUP MEETING", Padova, 5-7 Settembre 2005.
Bertacchini, P. A., E. Bilotta, R. De Amicis, E. Di Bianco and P. Pantano (2005) Virtual Museum System of Magna Graecia Proceedings of EVA 2005, Workshop “Knowledge Media Design for Museums”, Palazzo dei Congressi, Firenze.
Ucelli G. , Conti G. , De Amicis R. , Servidio R. C. (2005) New means of interaction for teaching children the theory of colours. Atti del convegno 36th EUROPEAN MATHEMATICAL PSYCHOLOGY GROUP MEETING", Padova, 5-7 Settembre 2005.
Bucciarelli, M. (2005)Sort of mental representations and complexity of inferential chains account for the emergence of linguistic and extralinguistic pragmatic abilities.Pragmatique et développement des habiletés conversationelles, Tolosa, France, 13 May 2005, 4-5.
Cutica, I., Bucciarelli, M. e Bara, B. G. (2005)Pragmatic competence in right-hemisphere-damaged patients.9th International Pragmatics Conference, Riva del Garda, Italy, 10-15 July 2005, 89.
Vallana, M., Bosco, F.M. e Bucciarelli, M. (2005)Children’s comprehension of standard, ironic and deceitful metaphors.9th International Pragmatics Conference, Riva del Garda, Italy, 10-15 July 2005, 372-373.
Ponticorvo M., Miglino O. (2005). "Conoscere l'ambiente senza percepirlo: Addestrare dei robot ciechi a comportarsi come dei piccoli pesci di acqua dolce". Atti del convegno "Secondo Workshop Italiano di Vita Artificiale", Roma, 2-5 Marzo, 2005.
Miglino O., Gigliotta O., Caretti M., Lancia I. (2005). “La città dei Robot Un viaggio nella vita (artificiale) che verrà”. Atti del convegno "Secondo Workshop Italiano di Vita Artificiale", Roma, 2-5 Marzo, 2005.
Dell'Aquila E., Gigliotta O., Ponticorvo M., Miglino O. (2005). " TeamSim e Breedbot: Micromondi didattici per l’insegnamento in Psicologia". Atti del convegno "Verso una nuova qualità dell’insegnamento e apprendimento della Psicologia", Padova, 4-5 febbraio, 2005.
Miglino O., Walker R. (2004). “Evolving an action based mechanism for the interpretation of geometrical clues during robot navigation”. Connection Science, 16, 4, 267-281, 2004.
Ponticorvo M., Miglino O. (2005). "Is Language Necessary to Merge Geometric and Non-Geometric Spatial Cues? The Case of “Blue-Wall Task”". In A. Cangelosi et al. (eds): Modeling Languange, Cognition and Action: Proceeding of the Ninth Neural Computation and Psychology Workshop, Progress in Neural Processing 16, Singapore: World Scientific 2005.
Ponticorvo M., Miglino O. (2005). “Action-based Cognition: How Robots with No Sensory System Orient Themselves in an Open Field Box'‘, in J. Mira, J.R. Alvarez (Eds.): Mechanisms, Symbols, and Models Underlying Cognition: IWINAC 2005, Proceedings, Part I. Lecture Notes in Computer Science 3561, Springer 2005.
Ponticorvo M., Walker R., Miglino O. (2005). “Evolutionary Robotics as a tool to investigate spatial cognition”, in stampa su Artificial Cognition Systems curato da A.C. Loula , R. Gudwin e J. Queiroz
Ponticorvo M., Miglino O., Bartolomeo P. (2005). "L’attività delle place cells è un caso di cognizione spaziale situata?" AIP, sez. sperimentale 2005.
Olivetti Belardinelli M., Padova A., Santoboni, R. (2005). Influence of Timbre on Emotion and Recognition Memory for Music (2005). In Proceedings of “Colloque Interdisciplinaire de Musicologie - Le timbre dans la composition, l’interprétation, la perception et la réception de la musique, March 10-12, 2005, Montréal, Québec, Canada.
Delogu F., Olivetti Belardinelli M., Zhao H., Plaisant C., Shneiderman B., Pasqualotto E., Palmiero M. (2005). iSonic: Interactive Sonification for Geo-referenced Data Exploration for the Vision Impaired (2005). In Buono P., Costabile M.F., Paternò F., Santoro C. (eds.): INTERACT ’05 Communicating naturally through Computers, Tenth IFIP TC13 International Conference on Human-Computer Interaction (interact2005). 12-16 September 2005, Rome, Italy.
Delogu F., Olivetti Belardinelli M. (2005). Crossmodality and Working Memory. In B. Hommel G. P., Band H., W. La Heij W., Wolters G. (eds.): Proceedings of the XIV meeting of the European Society for Cognitive Psychology. Leiden, The Netherlands.
Brunetti R., Cupellini E., Olivetti Belardinelli M. (2005). Entrainment To Isochronous and Non-Isochronous Meters: A Comparison Between Tapping By Musicians and Non-Musicians (2005). In B. Hommel G. P., Band H., W. La Heij W., Wolters G. (eds.): Proceedings of the XIV meeting of the European Society for Cognitive Psychology. Leiden, The Netherlands.
Bilotta E. and Pantano P. (2006), The Language of Chaos, Int. J. of Bifurcation and Chaos:, 16-4, in press.
Fra gli altri prodotti di ricerca possiamo citare:
1. Sito web rintracciabile al seguente indirizzo:
http://galileo.cincom.unical.it/esg/prin/prin_home.htm
In tale sito è presentato il progetto PRIN e le varie unità, sono illustrati i prodotti della ricerca, i lavori scientifici pubblicati, gli incontri organizzati.
2. All’interno di convegni e workshop nazionali e internazionali, diverse sono state le sponsorizzazioni e/o le organizzazioni dirette attivate con il progetto PRIN. In particolare citiamo:
a. Secondo convegno Italiano di Vita Artificiale.
In questa sede, numerosi sono stati gli interventi presentati da membri delle unità del PRIN sulla modellazione del comportamento naturale e artificiale.
b. Convegno Matematica, Arte e Industria Culturale, Cetraro, Maggio 2005 (http://galileo.cincom.unical.it/convegni/wsarte/).
Il convegno, di natura interdisciplinare, ha visto la partecipazione di circa un centinaio di ricercatori italiani.
c.Cognitive Science 2005 tenutosi a Stresa. Presso questo convegno, uno speciale exibit è stato realizzato congiuntamente dalle unità del PRIN, con l’esposizione di cartelloni giganti e video dimostrativi, ad hoc realizzati per rappresentare la ricerca dei vari gruppi.
d.Understanding and creating music (http://www.unina2.it/capirelamusica.sun/homesun.htm), tenuto a Caserta è stato congiuntamente organizzato da membri dell’unità 1 e dall’unità 5.
3. Formazione dei ricercatori alla ricerca interdisciplinare. Questo risultato è stato perseguito in vari modi:
a) attivazione di nuove risorse in ambito dottorale con giovani specificatamente avviati alla ricerca interdisciplinare. In quest’ambito è stata fatta domanda di due borse di studio Lagrange da usufruire in cotutela col dottorato in Matematica dell’Università di Torino e col dottorato di ricerca in Psicologia della Programmazione e Intelligenza Artificiale dell’Università della Calabria. Tali borse sono state finanziate dalla Fondazione ISI che sponsorizza ricerche nel settore della complessità. I vincitori sono stati due giovani ( un laureato in Ingegneria ed un laureato in Psicologia) con una pregressa formazione nel settore della robotica e nelle strutture musicali. Questi giovani stanno seguendo un percorso formativo incrociato e multidisciplinare sulle tematiche del progetto PRIN. Alcuni corsi per loro appositamente costruiti sono in corso di svolgimento e possono essere seguiti da dottorandi di altre sedi anche a distanza.
Altre risorse sono state attivate nell’ambito di assegni di ricerca; in particolare citiamo due assegni biennali di Psicologia Generale, banditi presso l’università della Calabria relativi il primo alla spettacolarizzazione multimediale di contenuti, il secondo ai problemi cognitivi della Computer Grafica e Computer Animation.
b) Oltre ai già citati corsi di dottorato appositamente previsti, possiamo anche citare una serie di seminari organizzati a Torino, per integrare la ricerca cognitiva fra l’unità 1(Università della Calabria) e l’unità 2 (Università di Torino).
c)Infine sono stati incoraggiati anche proposte di tutoraggio di tesi tra studenti di dottorato e docenti di altre sedi locali. In particolare citiamo l’attività che la dott.ssa Ponticorvo, dottoranda presso l’Università della Calabria, sta svolgendo con il prof. Miglino, appartenente all’unità locale di Napoli II.
4. Un altro risultato del progetto riguarda l'integrazione di metodi, strumenti e approcci concettuali ottenuto attraverso :
a) organizzazione di incontri tra i vari aderenti al PRIN;
b) scambi tra le competenze interdisciplinari, sia ricerche congiunte tra le varie sedi.
5. Trasferimento tecnologico dei risultati ottenuti in vista di applicazioni all'industria ed all'industria culturale, attraverso un progetto FIRB (proposta in corso di valutazione, presentata insieme ad Italdesign di Giugiaro – partner industriale – e Fondazione Graphitech – partner tecnologico); incontri e presentazioni con industrie di design (in particolare gioiellerie).
B. Costruzione di interfacce per soggetti di natura industriale e la progettazione e sviluppo di ambienti specifici di apprendimento(progetto COMSON, finanziato dall’UE nell’ambito del programma RTN (Research Training Network)-Marie Curie.
C. Produzione musicale basata su algoritmi caotici, audiovideo sulla produzione scientifica e performance di natura artistica basate sulla diffusione della cultura scientifica.
Rispetto al panorama della ricerca, nazionale e internazionale, il risultato cui si sta arrivando con questo progetto è quello di allargare il ventaglio di modelli matematici usati per la modellizzazione del comportamento naturale e artificiale in quanto i metodi tradizionali sono relativamente inefficienti quando si analizza il comportamento complesso.

3. Obiettivi per il secondo anno del programma
In questo ultimo anno di progetto si completeranno tutte le fasi de progetto. L’obiettivo fondamentale che si intende raggiungere per il secondo anno è l’integrazione dei risultati di tutti i gruppi in una cornice teorico-metodologica unitaria, dopo aver raccolto i dati prodotti dalle diverse unità di ricerca coinvolte nel progetto.In particolare, per la fase 4 sarà necessario organizzare i dati raccolti attraverso le simulazioni, gli esperimenti e le visualizzazioni dei processi e dei fenomeni che sono stati modellizzati. Ci sarà anche il problema di classificare i dati e di renderli leggibili e comprensibili per tutti i ricercatori del progetto.
Per la fase 5, sarà invece necessario procedere ad una reale integrazione metodologica.
Il primo problema riguarda: Come deve essere modellato il comportamento biologico?
Un metodo ottimale dovrebbe sviluppare modelli fisici dei sistemi sensorimotori biologici attraverso robot. Ovviamente questo è molto costoso dal punto di vista della realizzazione hardware e software e dal punto di vista della progettazione. Quali sono i modelli matematici più idonei a rappresentare e intercettare il comportamento biologico? Anche su questo argomento sono state fatte ampie discussioni, giungendo alla conclusione che è necessario un approccio che preveda l'utilizzo congiunto di diversi modelli matematici, in quanto l'uso esclusivo di uno di essi non rende la complessità del comportamento biologico. Come tradurre in simulazioni o agenti fisici il comportamento biologico, una volta che si è giunti alla determinazione di quali modelli matematici usare?
Questo ultimo problema è oggetto di analisi di tutti i gruppi. Riteniamo che la cornice teorica metodologica dentro la quale andare a corroborare i risultati debba tenere conto dei seguenti fattori1. Pertinenza della modellizzazione comportamentale, per analizzare se il modello verifica le ipotesi applicabili anche al comportamento biologico.
2.Questioni di scala e organizzazione gerarchica del comportamento, per individuare le comunanze fra le scale, nonostante le componenti elementari a ciascun livello possano essere diverse e come è strutturata la gerarchia, ove esista, oppure quali sono le connessioni o i salti fra i vari livelli.
3.Generalità del processo e del risultato della modellizzazione (approccio globale), per individuare la gamma dei sistemi biologici e/o artificiali che il modello intercetta.
4.Livelli o quantità di particolari inclusi nel modello (approccio locale).
5.Rigore strutturale per individuare in quale modo e attraverso quali processi il modello rappresenta i meccanismi biologici sottostanti il comportamento.
6.Struttura hardware che rappresenta il mezzo che esprime la base fisica da cui il modello è effettuato.
7. Integrazione di modelli matematici ai differenti livelli di scala e architettura funzionale dei sistemi fisici
Altri obiettivi specifici saranno:

a. Le applicazioni dei risultati in contesti educativi per lo sviluppo di interfacce e per migliorare l’interazione uomo-computer. In particolare si pensa di usare tali risultati nel già citato progetto COMSON, finanziato dall’UE nell’ambito del programma RTN (Research Training Network)-Marie Curie. Questo progetto prevede l’attività congiunta di 5 sedi universitarie tedesche e italiane e le 3 principali industrie di microelettronica presenti in Europa (Philips, STMicroelectronics e Infineon). Il progetto sostiene anche lo scambio di dottorandi e post-doc tra le varie unità del progetto e la costruzione di un Demonstrator Platform per lo sviluppo di componenti basato su avanzati modelli matematici, da utilizzare prevalentemente in ambito di formazione avanzata e di protipazione rapida.
b. sviluppo di software per la produzione di audio-video e per la produzione musicale. Infatti, in quest’ultimo settore è stata presentata una proposta di natura industriale, in particolare nell’ambito della misura PIA, allo stato attuale in corso di valutazione.

 

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