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GRIDCORE: strumenti innovativi contro le malattie neurodegenerative

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Colloquio con Claudio Babiloni

Tra le malattie neurodegenerative, Alzheimer e Parkinson sono le più diffuse e solo in Italia interessano quasi un milione di persone. Sebbene non ci sia, ad oggi, una cura farmacologica efficace, grazie alla ricerca scientifica sono stati sviluppati nuovi metodi per valutare strumentalmente la malattia fin dai primi stadi e per ritardare il declino delle funzioni cognitive nei pazienti.

Un esempio della ricerca in questo campo è il progetto GRIDCORE (GRID COgnitive REhabilitation), per la valutazione dell'efficacia di nuove terapie cognitive in pazienti affetti da Alzheimer e Parkinson. Ne abbiamo parlato con il prof. Claudio Babiloni, docente del Dipartimento di Fisiologia e Farmacologia “Vittorio Erspamer” dell’Università “La Sapienza” e coordinatore del progetto GRIDCORE, co-finanziato dal Ministero della Salute e dalla Regione Lazio.

Claudio BabiloniClaudio Babiloni
Sapienza Università di Roma
Professore Dip. di Fisiologia e Farmacologia “V. Erspamer"
Questo indirizzo email è protetto dagli spambots. È necessario abilitare JavaScript per vederlo.

Prof. Babiloni, cos’è il progetto GRIDCORE?

GRIDCORE è un progetto che utilizza la rete GARR per fornire servizi in ambito biomedico e permette, in particolare, di “arricchire” e migliorare la valutazione strumentale delle malattie di Alzheimer e Parkinson nel tempo, anche per verificare l’effetto di interventi farmacologici e non. Il progetto GRIDCORE ha come capofila una mia Unità operativa dell’IRCCS San Raffaele Pisana di Roma e coinvolge inoltre GARR, Università Cattolica di Roma e Consorzio COMETA di Catania. La valutazione strumentale del paziente avviene attraverso biomarcatori, cioè indicatori specifici della funzione e struttura del cervello che vengono estratti da immagini di risonanza magnetica, dall'elettroencefalografia (EEG) e dalla tomografia ad emissione di positroni.

In GRIDCORE, la rete GARR serve per condividere i dati dei pazienti, per poterli analizzare e avere un referto che supporti il processo decisionale del medico curante sullo stato e la progressione della malattia. Ma non solo: in GRIDCORE sviluppiamo anche un'idea di allenamento delle funzioni cognitive del cervello (come la memoria, l'attenzione, il ragionamento), una sorta di training che si può eseguire su dei serious games (videogiochi seri) sviluppati su tablet. L’auspicio è che un esercizio quotidiano di circa 15-20 minuti con questi videogiochi rallenti il declino delle funzioni cognitive che generalmente si osserva nei pazienti affetti da queste malattie di Alzheimer e di Parkinson. Il progetto finirà ufficialmente il 31 dicembre 2016 e, attualmente, è in corso la validazione sui pazienti con malattia di Alzheimer e di Parkinson proprio dei servizi di allenamento delle funzioni cognitive.

GRIDCORE rappresenta lo sviluppo di un programma di ricerca tecnologica e clinica cominciato nel 2010 con il progetto europeo DECIDE, coordinato da GARR. In DECIDE fu sviluppata la prima versione di questa infrastruttura digitale per la diagnosi precoce dell'Alzheimer. A partire dal 2013 l’infrastruttura DECIDE fu, poi, usata con successo anche dal Consorzio COMETA da un progetto italiano PON, Smart Health 2.0, che ne ha perfezionato e validato le funzioni su numerosi pazienti malati di Alzheimer, provenienti da tre importanti centri di ricerca clinica regionale coordinati dal prof. Giancarlo Logroscino dell’Università di Bari.

DECIDE: diagnosi precoce per l'Alzheimer

logo DECIDEIl progetto DECIDE, attivo tra il 2010 e il 2013 nell’ambito del Programma FP7 ha realizzato un servizio per assistere il personale medico nella diagnosi precoce della malattia di Alzheimer. Coordinato da GARR e supportato dal Ministero della Salute, il progetto ha avuto come partner enti scientifici quali il CNR e il network europeo EADC (European Alzheimer Disease Consortium) che comprende 13 Paesi e annovera alcuni tra i più importanti centri di ricerca sulla malattia dell’Alzheimer, come il Centro per lo Studio delle Demenze dell’IRCCS Fatebenefratelli di Brescia e l'Università Vita-Salute San Raffaele di Milano. Dal punto di vista tecnologico, DECIDE è basato su alcuni ingredienti di alto livello: un’infrastruttura distribuita basata sulle risorse delle reti della ricerca e GÉANT, potenti risorse di calcolo, sofisticati algoritmi per l’elaborazione delle immagini diagnostiche e accesso a grandi basi di dati clinici in tutto il mondo.

Può dirci qualcosa di più sul ruolo di GARR in questi progetti?

GRIDCOREGARR ha svolto e sta svolgendo un ruolo tecnologico di primo piano, implementando gli aspetti di rete per questi nuovi servizi biomedici e partecipando allo sviluppo dei programmi necessari per renderli disponibili agli utenti, ovvero neurologi e radiologi impegnati nella diagnosi e nella valutazione strumentale della malattia di Alzheimer e, oggi, anche di quelli impegnati nella valutazione dei deficit cognitivi nei pazienti con il morbo di Parkinson. Nello specifico, per GRIDCORE, il gruppo di lavoro del GARR ha modificato l’infrastruttura DECIDE per rendere possibile il caricamento, l’archiviazione e la visualizzazione dei dati delle sessioni giornaliere del training cognitivo con i tablet. Un'ulteriore modifica ha consentito l’analisi di dati EEG registrati in due sessioni sperimentali, eseguite nei pazienti affetti da Alzheimer o  Parkinson prima e dopo l’intervento con il programma di training cognitivo con il tablet. Questo aggiornamento è stato necessario perché nei progetti DECIDE e Smart Health l’infrastruttura permetteva solo l’analisi di una singola registrazione EEG in un determinato soggetto e il suo confronto con una popolazione di riferimento di pazienti affetti dalla stessa malattia. La soluzione progettata ha, quindi, consentito la gestione e il confronto tra più registrazioni EEG sullo stesso paziente e l’estensione di questo tipo di analisi anche ai pazienti affetti da Parkinson.

E per il futuro? Quali sono le possibili applicazioni di GRIDCORE?

L’allenamento quotidiano delle funzioni cognitive viene sviluppato dal paziente attraverso un tablet comodamente da casa sua

Le prospettive applicative del progetto GRIDCORE sono molto ambiziose, perché l’allenamento quotidiano delle funzioni cognitive viene sviluppato dal paziente attraverso un tablet comodamente da casa sua. Il paziente deve solo impegnarsi nel gioco con serious games. I serious games sono giochi divertenti che esercitano capacità di memoria e d’attenzione nonché abilità spaziali e di presa di decisione veloce. Le prestazioni cognitive quotidiane dei pazienti a questi giochi sono inviate all’infrastruttura DECIDE. I dati possono essere visualizzati dai medici e dagli psicologi per verificare gli effetti nel tempo di questo intervento non farmacologico sulla funzione cerebrale del paziente associata alla cognizione. Il personale clinico ha, così, modo di verificare l'ipotesi di fondo: ovvero se quell’intervento permetta di rallentare e, possibilmente, stabilizzare il livello delle funzioni cognitive almeno nel medio termine. Questo è un obiettivo molto importante, perché oggi non abbiamo farmaci in grado di curare il Parkinson e l’Alzheimer. Se dimostrassimo gli effetti benefici di questa procedura, potremmo virtualmente proporla alle numerose decine di migliaia di pazienti italiani con queste malattie dotati di un comune tablet, di una normale connessione Internet e di un familiare in grado di dare una minima assistenza nell’uso del tablet per lo svolgimento dei serious games.

TRAINING COGNITIVO

Il training cognitivo è una pratica di allenamento che ha l’obiettivo di migliorare determinate funzioni cognitive sia in pazienti con danno cerebrale dovuto a traumi o patologie cerebrovascolari sia in pazienti con malattie neurodegenerative quali la malattia di Alzheimer e il morbo di Parkinson. Quando la patologia può essere guarita farmacologicamente il training cognitivo può determinare il pieno recupero delle funzioni cognitive e si parla, quindi, di riabilitazione cognitiva. Nel caso di condizioni patologiche per cui non vi è una cura farmacologica che guarisca la malattia, si parla di training. In genere, il training cognitivo svolto a casa del paziente prevede un esercizio giornaliero delle funzioni cognitive tramite l’utilizzo quotidiano di un tablet o di un computer. In ospedale, il training cognitivo può essere svolto con robot, tablet, computer o con materiali come oggetti, carta e matita.

Com’è nata l’idea del “videogioco serio” come strumento di allenamento delle funzioni cognitive?

I “videogiochi seri” sono un’opzione terapeutica non farmacologica, oggi, abbastanza diffusa a livello internazionale nello studio della riabilitazione delle funzioni cognitive in questo tipo di pazienti. È ancora, in corso un dibatto scientifico riguardo il loro livello di efficacia nei vari stadi della malattia di Alzheimer e di Parkinson, mentre c’è consenso sul fatto che siano utili per la valutazione delle funzioni cognitive. A nostro avviso, sono convincenti le attuali prove che questo genere di allenamento mentale quotidiano possa giovare alle funzioni cognitive, specialmente alla memoria, per lo meno nei primi 6-12 mesi della malattia di Alzheimer.

Pensa che le applicazioni future di GRIDCORE siano sostenibili? E come?

I costi della malattia di Alzheimer e di Parkinson sono impressionanti: si contano in Europa circa 7 milioni di pazienti con demenza e circa il 70/80% di questi sono affetti da Alzheimer. La malattia di Parkinson è, dopo l’Alzheimer, tra le malattie neurodegenerative più diffuse. Si parla, complessivamente, in Italia di quasi un milione di persone colpite da queste malattie che riducono fortemente le funzioni cognitive nel tempo. Il deterioramento notevole delle capacità cognitive dei pazienti dà luogo alla disabilità nelle attività della vita quotidiana, alla mancanza di auto-sufficienza e dell’indipendenza. I pazienti devono, quindi, essere continuamente assistiti. I costi diretti (spese sanitarie) e indiretti (impegno dei familiari) dell’assistenza sono enormi, e l'impatto sulla spesa pubblica per la sanità è elevato, nell'ordine di molti miliardi di Euro solo in Europa. Se questi strumenti, che sono a costo quasi zero, avessero un'efficacia anche solo nel rallentare di un anno il decorso della malattia, il risparmio sulla spesa pubblica assistenziale sarebbe notevole e permetterebbe di liberare risorse utili per la ricerca in campo biomedico e farmacologico o per servizi di assistenza ai pazienti e alle loro famiglie. Un primo fattore di sostenibilità sta, quindi, proprio in questo grande risparmio della spesa pubblica sanitaria, se naturalmente sarà dimostrata l’efficacia di queste procedure.

Ma non c’è solo il risparmio. Un primo fattore di sostenibilità sta nella possibilità di imporre un “ticket” di pochi Euro per l’uso della procedura di allenamento delle funzioni cognitive di GRIDCORE con l’assistenza di medici e psicologi specializzati. Considerato l’elevato numero di pazienti, i ricavi permetterebbero di affrontare le spese necessarie per mantenere la rete per la ricerca, questi servizi e il personale clinico e tecnologico impegnato nell’assistenza e nel supporto tecnologico delle famiglie e dei pazienti.

Un’ultima domanda: come è stato percepito GRIDCORE dal personale clinico?

Decisamente con entusiasmo! Tra di essi possiamo contare tra i migliori esperti italiani sulla malattia di Parkinson, come il prof. Fabrizio Stocchi dell’IRCCS San Raffaele Pisana di Roma e la prof.ssa Francesca de Pandis dell’Ospedale San Raffaele di Cassino, il prof. Giancarlo Logroscino dell’Università di Bari e il prof. Paolo M. Rossini dell’Università Cattolica di Roma. Finora questa partecipazione si è espressa attraverso il trial clinico, ma vi è un forte interesse per GRIDCORE anche in termini di possibili pubblicazioni future.

 

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GARR, Rete

Collegamenti con altre reti

Reti internazionali della ricerca

GÉANT

GÉANT è la settima generazione di rete della ricerca pan-Europea.
Mappa Europea GÉANT

Partito ufficialmente nel settembre 2004, il progetto ha iniziato il terzo mandato ad Aprile 2009 proseguendo per i successivi 4 anni. Il programma di attività è co-finanziato dalla Commissione Europea nell’ambito del 7° Programma Quadro (FP7) e dalle NREN che si collegano alla rete. GÉANT collega 34 paesi europei attraverso 30 reti della ricerca nazionali (NREN). A loro volta, le NREN collegano le istituzioni nazionali di ricerca ed istruzione nei loro rispettivi paesi per un totale di più di 30 milioni di utenti finali e più di 3500 istituzioni.
L’infrastruttura include sia elementi di routing che di switching ottico ed è costruita in larga parte su fibra spenta acquisita in tutta Europa.


COLLEGAMENTI CON LA RICERCA MONDIALE

Attraverso la Rete GÉANT, gli utenti GARR sono direttamente interconnessi con le reti della ricerca di 60 paesi nel mondo con la possibilità di scambiare dati e collaborare in tempo reale dall'America del Sud al Pacifico.
Mappa Globale GÉANT

GARR è inoltre parte attiva della connettività internazionale, ospitando dal 2004 uno dei Punti di Presenza della rete EUMEDCONNECT presso il PoP GARR di Catania.



Reti regionali e metropolitane

GARR considera strategica la collaborazione con le reti regionali e metropolitane per mettere a disposizione degli utenti una Rete dell’Università e della Ricerca più efficiente, flessibile e capillare.

Grazie alla sinergia tra utenti della comunità GARR e enti quali regioni, province e comuni, è possibile:

- collegare in modo efficiente gli utenti di una stessa zona geografica;

- fornire alle realtà locali un potente strumento di comunicazione;

- incoraggiare la collaborazione reciproca.

Reti commerciali

Il GARR offre alla propria comunità transito verso il global internet mondiale attraverso collegamenti ridondati con tre dei principali operatori a livello internazionale, per un aggregato di 30 Gbit/sec, sia in IPv4 che in IPv6.

Inoltre, sono realizzati collegamenti con gli ISP attraverso i collegamenti con gli Internet Exchange di Milano MIX e di Roma NaMeX, per un aggregato di 40 Gbit/sec, e i collegamenti con gli Internet Exchange di Torino TOP-IX, Firenze TIX e Padova VSIX, per un aggregato di 12 Gbit/sec.

Elenco dei peering presso i punti di interscambio IXP

Un IXP è una rete tramite la quale gli operatori collegano fra di loro le proprie dorsali, realizzando parte della magliatura della rete Internet. Poiché Internet è data dalla composizione di molte reti, è necessario che ogni porzione sia collegata alle altre. Il collegamento tra di esse può avvenire con circuiti puntopunto o tramite un IXP che consente, con un unico circuito, di realizzare l’interconnessione di una rete con, potenzialmente, tutte le altre già presenti sull’IXP

GARR

Federico Ruggieri

Il Direttore, nominato dal Consiglio di Amministrazione, ha la responsabilità operativa e gestionale del Consortium GARR.

Federico RuggieriLaureato in Fisica presso l'Università di Bari e Dirigente di Ricerca dell’INFN presso la Sezione di Roma Tre, è Coordinatore del Dipartimento di Calcolo e Storage del GARR dal 2013 e Direttore del GARR dal 1 gennaio 2015.

Ha svolto la sua attività professionale sperimentale principalmente nel campo della Fisica delle particelle. Ha partecipato alla costruzione, messa in opera ed analisi dei dati di diversi esperimenti al CERN ed a Frascati. Nel corso della sua carriera si è concentrato sugli aspetti del calcolo, delle reti di trasmissione dati e dei sistemi di acquisizione e processamento dei dati. Ha ricoperto molti incarichi: Presidente della Commissione Nazionale Calcolo INFN, Chairman del Comitato Europeo per il Calcolo nella Fisica delle Alte Energie (HEPCCC), Direttore del CNAF (Centro Nazionale per la Ricerca e Sviluppo nelle Tecnologie Informatiche e Telematiche dell’INFN), membro del Comitato Tecnico Scientifico della Rete GARR e del Consorzio CASPUR.

In qualità di chairman dello HEPCCC ha avviato il primo Progetto Europeo DataGRID per lo sviluppo di Griglie Computazionali, co-finanziato dalla Commissione Europea ed è stato il Project Manager di successivi progetti Europei di estensione delle infrastrutture Grid nei paesi del Mediterraneo, del Medio Oriente ed in Cina (EUMEDGRID, EUMEDGRID-Support, EUChinaGrid, CHAIN, CHAIN-REDS).

È docente di “Acquisizione Dati e Controllo di Esperimenti” nel corso di laurea magistrale in Fisica presso l’Università di Roma Tre ed esperto scientifico qualificato del MIUR. Ha al suo attivo più di 400 pubblicazioni nel campo delle particelle elementari, dell’acquisizione dati e del Grid computing.

È stato speaker in molte conferenze internazionali sugli argomenti di Grid ed eInfrastructures.
La sua collaborazione con GARR risale agli anni ’90, quando è stato tra l’altro membro del primo Organismo Tecnico Scientifico GARR.

GARR

Enzo Valente

Enzo ValenteLaureato in Fisica all’Università di Roma “La Sapienza”, già docente di Metodi Strumentali di Fisica Subnucleare presso il Dipartimento di Fisica Università di Roma “La Sapienza”, Dirigente di Ricerca presso l’Istituto Nazionale di Fisica Nucleare. Ha al suo attivo oltre 450 pubblicazioni scientifiche a stampa su riviste internazionali.

Dal 1985 al 1991 è stato Presidente della Commissione Calcolo dell'INFN.
Dal 1990 al 1993 Direttore del Progetto NIC-Roma (divenuto poi Consorzio CASPUR, ora confluito nel CINECA).
Dal 1992 al 1998 Direttore del centro di supercalcolo dell’INFN - CNAF di Bologna.

Protagonista dalla seconda metà degli anni '80 dell'originario disegno di armonizzazione delle reti della ricerca con Giuseppe Biorci, Antonio Cantore, Orio Carlini, Fernando Liello, ha avuto la responsabilità del GARR prima in veste di Direttore del Progetto GARR-B (all’epoca gestito dall’INFN) e poi in veste di primo Direttore del Consortium GARR dal 2003 al 2014.

In veste di Direttore del GARR ha fornito al Sistema Ricerca e Università italiano lo strumento affidabile ed efficace della Rete della Ricerca, una realtà assolutamente indispensabile per la competitività della comunità scientifica e accademica del paese; ha partecipato alle attività internazionali e continentali delle Reti della Ricerca, tra cui quelle dell’Associazione Trans-Europea per il Networking della Ricerca e l'Istruzione (TERENA), ha favorito e promosso il raggiungimento e l’ampliamento della mission del GARR sia a livello nazionale che a livello internazionale (Mediterraneo, Africa, Oriente).

Dal 2013 è rappresentante italiano nell’e-Infrastructure Reflection Group “e-IRG”, che riunisce, tra gli altri, una rappresentanza delle Reti della Ricerca Europee ed è un organo di indirizzo per la definizione dei programmi europei nel settore delle e-Infrastructure a supporto della ricerca.

Da gennaio 2015 è membro del Comitato Tecnico-Scientifico del GARR e collabora alle attività di ricerca GARR nell’ambito del Progetto GEANT 2020, cofinanziato dalla Commissione Europea nell’ambito del Programma Quadro Horizon2020.

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