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“Come la forma dell’architettura influisce sulle emozioni”

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NuArch

Uno studio delle componenti architettoniche tramite registrazioni elettroencefalografiche in ambienti di realtà virtuale

INTRO

Dal 2019 è attivo un progetto di ricerca diretto dal Prof. Giacomo Rizzolatti, che sta indagando gli aspetti più complessi della relazione tra forma dello spazio e rappresentazioni cerebrali corporee ed affettive.

Per indagare gli aspetti più complessi della relazione esistente tra forma dello spazio e le rappresentazioni cerebrali corporee ed affettive dell’uomo, è stato avviato un progetto di ricerca presso la sede di Parma dell’Istituto di Neuroscienze del Consiglio Nazionale delle Ricerche (IN-CNR). Insieme a Davide Ruzzon Direttore di TUNED | Lombardini22, il team di ricercatori coinvolti nel progetto è coordinato da Giovanni Vecchiato e costituito da Fausto Caruana e Pietro Avanzini, con la partecipazione straordinaria del Prof. Giacomo Rizzolatti.

Il 24 giugno 2021 in Lombardini22 sono stati presentati i primi risultati della ricerca con il Prof. Rizzolatti: scopri cos’è successo

 

Nel secondo semestre del 2022 i risultati del progetto di ricerca condotto da Nuarch sono stati pubblicati su Scientific Reports, la rivista divulgata da Springer Nature, confermando l’importanza degli ambiti scientifici e interdisciplinari in cui si muove da anni Lombardini22:

Approfondisci e scopri i risultati ottenuti

Leggi il paper Measuring arousal and valence generated by the dynamic experience of architectural forms in virtual environments

ABSTRACT

Gli spazi che abitiamo interferiscono con il nostro comportamento e sugli stati d’animo.

Scoperte neuroscientifiche hanno dimostrato che i circuiti cerebrali che sottendono alla cognizione e alle reazioni corporee dipendono dall’ambiente circostante. Questi risultati mostrano una direzione promettente per impiegare le neuroscienze per l’architettura e quindi investigare la relazione esistente tra il cervello dell’uomo e l’ambiente costruito utilizzando il corpo, nelle sue componenti fisiche e neurofisiologiche, come il legame tra le due entità. Su queste scoperte si fonda l’obiettivo del presente progetto di ricerca che ha lo scopo di studiare come l’architettura influisce sul comportamento dell’uomo e sulla sua attività cerebrale. La ricerca viene effettuata in contesti ecologici all’interno di ambienti di realtà virtuale, strumento che è in grado di attivare le risposte neurofisiologiche dell’intera percezione architettonica in uno scenario sociale. I correlati espliciti di questa esperienza sono rappresentati da giudizi percettivi riportati da soggetti che osservano espressioni corporee all’interno di architetture virtuali. La dimensione implicita della percezione viene invece indagata attraverso l’analisi di segnali elettroencefalografici (EEG) per evidenziare il ruolo che hanno le rappresentazioni corporee durante la percezione architettonica. Per questo scopo, diverse architetture ed espressioni corporee virtuali vengono progettate per stimolare diversi comportamenti e attività cerebrali. L’analisi di queste risposte cerebrali guiderà verso l’identificazione dei circuiti cerebrali responsabili per il processamento dell’architettura in un contesto sociale virtuale. La conoscenza acquisita verrà utilizzata per la progettazione dell’architettura del futuro che beneficerà dall’essere centrata sulle reali esigenze dell’essere umano per un suo completo benessere.

VIDEO
Angry Walk

Un’attrice esegue una camminata esprimendo rabbia: lo stesso movimento viene applicato inizialmente ad uno scheletro 3D e successivamente ad un avatar virtuale.

Dance

Un’attrice esegue una piroetta: lo stesso movimento viene applicato inizialmente ad uno scheletro 3D e successivamente ad un avatar virtuale.
Esperimento

I partecipanti vivono un’esperienza immersiva all’interno di spazi architettonici virtuali grazie all’utilizzo di un caschetto per la realtà virtuale. Dopo una camminata apparente all’interno dei primi due nuclei dell’architettura, dovranno valutare l’attivazione corporea espressa dalla postura dell’avatar.
High Arousal

Un attore esegue una camminata esprimendo vergogna: lo stesso movimento viene applicato inizialmente ad uno scheletro 3D e successivamente ad un avatar virtuale.
Jump

Un’attrice esegue un salto: lo stesso movimento viene applicato inizialmente ad uno scheletro 3D e successivamente ad un avatar virtuale.
Laydown

Un’attrice si sdraia a terra: lo stesso movimento viene applicato inizialmente ad uno scheletro 3D e successivamente ad un avatar virtuale.
Low Arousal

Un’attrice esegue una camminata esprimendo tristezza: lo stesso movimento viene applicato inizialmente ad uno scheletro 3D e successivamente ad un avatar virtuale.
Neutral walk

Un’attrice esegue una camminata: lo stesso movimento viene applicato inizialmente ad uno scheletro 3D e successivamente ad un avatar virtuale.

GALLERY
High - Middle - Low Arousal

Da sinistra a destra sono rappresentati degli avatar in grado di esprimere tramite la loro postura corporea uno stato di alta, media e bassa attivazione corporea (arousal).
High - Middle - Low Valence

Da sinistra a destra sono rappresentati degli avatar in grado di esprimere tramite la loro postura corporea uno stato di alta, media e bassa valenza.

Costante fredda – calda

Esempi di modelli architettonici virtuali in cui la distanza tra le pareti laterali, l’altezza dei soffitti e l’altezza delle finestre rimangono costanti. Le architetture sono state create utilizzando una texture di colore freddo (in alto) e un’altra di colore caldo (in basso).

Combinazioni largo – stretto freddo

Esempi di modelli architettonici virtuali con texture fredda in cui la distanza tra le pareti laterali diminuisce (in alto) o aumenta (in basso) tra nuclei consecutivi.

Combinazioni largo – stretto caldo

Esempi di modelli architettonici virtuali con texture calda in cui la distanza tra le pareti laterali diminuisce (in alto) o aumenta (in basso) tra nuclei consecutivi.

Finestre basse – finestre alte freddo

Esempi di modelli architettonici virtuali con texture fredda in cui l’altezza delle finestre diminuisce (in alto) o aumenta (in basso) tra nuclei consecutivi.

Finestre basse – finestre alte caldo

Esempi di modelli architettonici virtuali con texture calda in cui l’altezza delle finestre diminuisce (in alto) o aumenta (in basso) tra nuclei consecutivi.

Combinazioni alto – basso freddo

Esempi di modelli architettonici virtuali con texture fredda in cui l’altezza dei soffitti diminuisce (in alto) o aumenta (in basso) tra nuclei consecutivi.

Combinazioni alto – basso caldo

Esempi di modelli architettonici virtuali con texture calda in cui l’altezza dei soffitti diminuisce (in alto) o aumenta (in basso) tra nuclei consecutivi.

Combinazioni alto – basso e largo - stretto freddo

Esempio di modello architettonico virtuale con texture fredda in cui la distanza tra le pareti laterali diminuisce, l’altezza dei soffitti aumenta e l’altezza delle finestre aumenta tra nuclei consecutivi (in alto). Esempio di modello architettonico virtuale con texture fredda in cui la distanza tra le pareti laterali aumenta, l’altezza dei soffitti diminuisce e l’altezza delle finestre diminuisce tra nuclei consecutivi (in basso).

Esperimento

Rappresentazione ideale dell’esperimento con cui studiamo i correlati neurali associati alla percezione di posture corporee emotive all’interno di spazi architettonici virtuali.

Risultati esperimento - Arousal

I grafici mostrano come l’arousal generato dalle architetture nei partecipanti viene modulato significativamente da fattori architettonici quali la distanza tra le pareti laterali e l’altezza delle finestre. In particolare le architetture con pareti laterali che si restringono e finestre che si alzano sono quelle che hanno generato un maggiore livello di attivazione corporea nei partecipanti.

Risultati esperimento - Valenza

I grafici mostrano come lo stato di piacevolezza generato dalle architetture nei partecipanti viene modulato significativamente da fattori architettonici quali la distanza tra le pareti laterali, l’altezza delle finestre e l’altezza del soffitto. In particolare le architetture con pareti laterali che si restringono e finestre che si alzano sono quelle che hanno generato una minore piacevolezza nei partecipanti. Inoltre, architetture in cui i soffitti si alzano o si abbassano sono stati giudicati meno piacevoli rispetto a quelli in cui i soffitti rimangono costanti.

Risultati esperimento - Distribuzione

Distribuzione delle architetture all’interno dello spazio descritto dalle dimensioni di arousal e valenza. La sezione celeste del piano indica quelle architetture che hanno generato nei partecipanti un alto livello di arousal e una bassa piacevolezza, rappresentate per la maggior parte da architetture in cui le pareti laterali si avvicinano tra loro.

Risultati esperimento di adattamento

Risultati preliminari di uno studio pilota in cui si evidenzia nel pannello di sinistra che i soggetti hanno correttamente riconosciuto il livello di attivazione corporea degli avatar. Nel pannello di destra viene mostrato invece come l’architettura abbia interagito con la percezione dello stato di attivazione corporea dell’avatar: i soggetti hanno infatti percepito un livello di attivazione minore quando gli avatar venivano presentati all’interno dell’architettura ad alto arousal.

Team di ricerca

Giacomo Rizzolatti, MD

Institute of Neuroscience, National Research Council of Italy, Parma Department of Medicine and Surgery, University of Parma

giacomo.rizzolatti@unipr.it

Il Prof. Giacomo Rizzolatti è Professore Emerito di Fisiologia Umana presso l’Università degli Studi di Parma, e associato all’Istituto di Neuroscienze del Consiglio Nazionale delle Ricerche. È stato visiting professor presso il Dipartimento di Anatomia dell’Università della Pennsylvania a Philadelphia, e “Sage Professor” presso l’Università della California a Santa Barbara. Egli ha iniziato la sua carriera come neurofisiologo di processi visivi studiando le proprietà neurali del corpo genicolato laterale e nel collicolo superiore del gatto. Successivamente, si è interessato all’integrazione visuomotoria e all’organizzazione delle aree motorie nella scimmia e nell’uomo. Durante questi studi ha scoperto i “neuroni mirror”, il cui meccanismo è fondamentale nelle interazioni sociali. Egli ha ricevuto la laurea ad honorem dall’Università Claude Bernard di Lione, l’Università di San Pietroburgo, e l’Università Cattolica di Leuven. Egli è membro dell’Accademia dei Lincei, dell’Accademia Europaea, dell’American Academy of Arts and Sciences, e membro estero della National Academy of Sciences. I suoi maggiori riconoscimenti comprendono il Premio Golgi per la Fisiologia, il Premio Herlitzka per la Fisiologia ricevuto dall’Accademia delle Scienze di Torino, il Brain Prize dalla Fondazione Lundbeck.

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Giovanni Vecchiato, PhD

Institute of Neuroscience, National Research Council of Italy, Parma

giovanni.vecchiato@in.cnr.it

Il Dott. Giovanni Vecchiato è Ricercatore Post Doc Senior presso la sede di Parma dell’Istituto di Neuroscienze del Consiglio Nazionale delle Ricerche. La sua corrente attività di ricerca consiste nello studiare il ruolo che il sistema motorio svolge in compiti cognitivi per mezzo di registrazione ed analisi del segnale elettroencefalografico durante l’esecuzione e l’osservazione di compiti in scenari reali e virtuali. Il Dott. Vecchiato è stato premiato da comitati nazionali ed internazionali per la sua ricerca. In particolare ha ricevuto il Premio di Neuroestetica dalla Società Italiana di Psicofisiologia per il suo lavoro dal titolo “Caratteristiche elettroencefalografiche dell’esperienza estetica durante la percezione di design di interni realizzati in ambiente virtuale”. Egli è stato invitato come oratore a conferenze nazionali ed internazionali quali la “Festa dell’Architetto 2019” e all’Accademia di Neuroscienze per l’Architettura nel 2018. Il Dott. Vecchiato ha ricevuto finanziamenti come Investigatore Principale (PI) dalla Provincia di Roma e dall’Università Sapienza di Roma. Inoltre, egli è PI del progetto NuArch cofinanziato da Lombardini22. Egli è Editore Associato della rivista scientifica Frontiers in Neuroergonomics e membro accademico del Master organizzato dall’Università IUAV “Neuroscience Applied to Architectural Design (NAAD)”.

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Paolo Presti, PhD Student

Institute of Neuroscience, National Research Council of Italy, Parma Department of Medicine and Surgery, University of Parma

paolo.presti@unipr.it

Il Dott. Paolo Presti ha conseguito un Master in Ingegneria Biomedica presso l’Università Sapienza di Roma. La sua tesi è stata svolta in collaborazione con il Dipartimento di Data Analysis presso la Facoltà di Psicologia e Scienze Educative dell’Università di Ghent, posto nel quale ha studiato per 5 mesi. L’obiettivo principale della tesi è stato quello di studiare approcci inversi per l’estrazione di forme d’onda corticali da dati di scalpo elettroencefalografici e metodi di connettività funzionale per studiare i circuiti del cervello umano. Durante questo periodo egli ha acquisito le conoscenze relative all’analisi dei dati elettroencefalografici. Ad oggi il Dott. Presti è studente di Dottorato in Neuroscienze presso l’Università di Parma. I suoi interessi scientifici riguardano i processi cerebrali che sono alla base del riconoscimento di azioni all’interno di ambienti di realtà virtuale. Le sue conoscenze comprendono anche la modellizzazione di scenari e avatar virtuali animati da cinematiche umane reali.

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Fausto Caruana, PhD

Institute of Neuroscience, National Research Council of Italy, Parma

fausto.caruana@in.cnr.it

Il Dott. Fausto Caruana è Ricercatore presso la sede di Parma dell’Istituto di Neuroscience del Consiglio Nazionale delle Ricerche. Egli è specializzato in neuroscienze sociali, cognitive ed affettive. È autore di più di 60 articoli sui meccanismi neurali e psicologici alla base delle emozioni, dell’empatia del meccanismo mirror e della cognizione motoria. La sua ricerca è condotta usando un approccio multidisciplinare prevalentemente centrato su registrazione di dati intracranici e stimolazione elettrica. Ha sviluppato conoscenze come elettrofisiologo studiando primati non umani, oggi lavora nel campo dell’elettrofisiologia umana grazie alla collaborazione stabilita con il Centro di Chirurgia per l’Epilessia Claudio Munari presso l’Ospedale di Niguarda (Milano). Oltre ai suoi interessi neuroscientifici, egli porta avanti una ricerca teorica sulla relazione tra le neuroscienze e gli studi umanistici, in particolare centrati sulla embodied e 4E cognition. Ha ricevuto premi a livello nazionale ed è stato invitato presso prestigiosi istituti nazionali ed internazionali su argomenti neuroscientifici e filosofici. Egli è autore di diversi libri quali “Habits. Pragmatist Approaches from Cognitive Science, Neuroscience, and Social Theory” (2020, with I. Testa, CUP), “Come Funzionano Le Emozioni. Da Darwin Alle Neuroscienze” (2018, with M. Viola, Il Mulino), “Il Cervello In Azione” (2016, with A. Borghi, Il Mulino) and “Il Cervello Empatico. Dalla Teoria della Mente al Meccanismo Mirror” (2019, Hachette).

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Pietro Avanzini, PhD

Institute of Neuroscience, National Research Council of Italy, Parma

pietro.avanzini@gmail.com

Il Dott. Pietro Avanzini è Ricercatore presso la sede di Parma dell’Istituto di Neuroscience del Consiglio Nazionale delle Ricerche. I suoi studi scientifici sono principalmente all’interno del campo delle Neuroscienze Sistemiche e Computazionali, con un focus sulla caratterizzazione delle aree corticali caratterizzate dal meccanismo mirror. Egli ha acquisito conoscenze sulla registrazione e l’analisi dei segnali neurali, specialmente quello elettroencefalografico. Egli ha contribuito a diversi articoli relativi alla reattività di ritmi corticali motori e all’attivazione del sistema motorio durante compiti di osservazione di azioni. Ad oggi egli studia come l’osservazione di azioni può diventare uno strumento efficiente nella neuroriabilitazione, conducendo studi su popolazioni cliniche come persone affette da paralisi cerebrale, sopravvissuti ad ictus perinatale e pazienti traumatologici. Recentemente, grazie alla collaborazione con il Centro di Chirurgia per l’Epilessia Claudio Munari presso l’Ospedale di Niguarda (Milano), egli ha iniziato a studiare la caratterizzazione dei meccanismi mirror nell’uomo e i generatori dei ritmi corticali per mezzo di dati elettroencefalografici intracerebrali. In particolare, i sui studi si prefiggono l’obiettivo di effettuare una caratterizzazione funzionale in tempo reale di quelle regioni corticali esplorate nelle diverse classi di pazienti, e di identificare biomarcatori elettroencefalografici di scalpo che possono essere associati in maniera affidabile a specifiche reti corticali. Per questo scopo, egli ha contribuito a stabilire una collaborazione a lungo termine con aziende internazionali per lo sviluppo di software basati sul machine learning e sul trattamento di big data.

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Congressi e riconoscimenti

Presentazioni a congressi

P. Presti, D. Ruzzon, F. Caruana, G. Vecchiato. «Architectural forms impact on perceived valence and arousal of virtual environments». Academy of Neuroscience for Architecture, September 16-18 2021, Salk Institute, San Diego, La Jolla.

P. Presti, D. Ruzzon, P. Avanzini, F. Caruana, G. Vecchiato. «Linking architecture and emotions by the recognition of virtual body expressions». 8th International Conference on Spatial Cognition, September 13-17, 2021, Rome.

G. Vecchiato, P. Presti, S. Lenzi, D. Ruzzon, P. Avanzini, F. Caruana. «An adaptation effect paradigm showing the relationship between architectural experience and the perception of body postures: a pilot study in virtual reality». 13th Annual Meeting of the Social & Affective Neuroscience Society, April 28 – May 2, 2021.

P. Presti, S. Lenzi, D. Ruzzon, P. Avanzini, F. Caruana, G. Vecchiato. «The experience of virtual environments affects the perception of emotional body postures: an adaptation after effect pilot study». 8th annual Society for Affective Science conference, April 13- 16 2021.

P. Presti, S. Lenzi, D. Ruzzon, P. Avanzini, F. Caruana, G. Vecchiato. «An adaptation aftereffect paradigm to investigate the social impact of built environments: behavioural and electrophysiological evidences in body judgment tasks in virtual reality». 5th HBP Student Conference on Interdisciplinary Brain Research, February 1-4 2021, Medical University Innsbruck, Switzerland.

P. Presti, D. Ruzzon, S. Lenzi, F. Caruana, G. Rizzolatti, P. Avanzini, G. Vecchiato. «The relationship between architecture and body expression: a pilot behavioral study in virtual reality». Academy of Neuroscience for Architecture, September 17-19 2020, Salk Institute, San Diego, La Jolla.

Riconoscimenti ottenuti

Paolo Presti. «Riconoscimento di azioni all’interno di ambienti architettonici, uno studio in realtà virtuale». Neurospritz, Musica e Cervello, vincitore del contest per giovani ricercatori, 30 Gennaio 2020, Roma.