La neuroingegneria, grazie alla sua natura interdisciplinare, combina micro e nanotecnologie, ingegneria dei sistemi, neuroscienze e biologia, per convertire le conoscenze scientifiche in tecnologie innovative.
Il TNE Lab opera con un duplice obiettivo ben definito: scoprire i principi che regolano il funzionamento del sistema nervoso e convertire tali conoscenze in soluzioni clinicamente utilizzabili per ripristinare le capacità sensorimotorie in soggetti affetti da differenti patologie neurologiche.
La neuroingegneria sta ora spostandosi dalla ricerca di base ad applicazioni cliniche concrete. Basandosi sulle recenti scoperte, il TNE lab sviluppa neuroprotesi personalizzate, integrando interfacce neurali di nuova generazione con algoritmi di controllo avanzati, per consentire il controllo intuitivo di arti bionici, ripristinare la locomozione e ripristinare funzionalità sensorimotorie.
L'obiettivo generale è semplice ma molto ambizioso: chiudere il loop tra cervello, corpo e tecnologia in pazienti reali in condizioni reali.

Attualmente, le aree di ricerca del TNE lab sono:

Interfacce neurali: Sviluppo di nuove interfacce intraneurali e rigenerative, di modelli neuromeccanici, nonché sperimentazione in vitro e in vivo delle interfacce con il sistema nervoso autonomo e periferico.

Neuroscienze computazionali: Decodifica delle informazioni sensoriali all’interno del sistema nervoso centrale e periferico, nonché decodifica delle informazioni motorie a partire da segnali estratti in modo invasivo e non invasivo dal sistema nervoso centrale e periferico.

Neuroriabilitazione traslazionale: Studio delle basi neuroscientifiche di varie disabilità e patologie quali ictus ed epilessia; sviluppo di nuove tecnologie per il ripristino delle funzioni sensorimotorie in soggetti con differenti disabilità; sviluppo di robot per la neuroriabilitazione post-ictus; promozione del collegamento tra ricerca scientifica e tecnologica e pratica clinica.

Neuroprotesi e biomeccatronica: Protesi di mano a controllo neurale; neuromodulazione spinale per il recupero delle funzioni motorie in pazienti con lesioni del midollo spinale e in pazienti affetti dal morbo di Parkinson; sviluppo di neuroprotesi vestibolari.

Il laboratorio TNE collabora attivamente con il laboratorio congiunto sulle Tecnologie Neuro Impiantabili Modulari (MINE Lab) presso l’Università Vita-Salute - Ospedale San Raffaele di Milano insieme al Prof. Pietro Mortini, direttore del Dipartimento di Neurochirurgia e dell’Unità di Neurochirurgia e Radiochirurgia Stereotassica.

Head

Prof. Silvestro Micera   
e-mail: silvestro.micera@santannapisa.it

Assistant Professors

Dr. Jacopo Carpaneto
e-mail: jacopo.carpaneto@santannapisa.it

Dr. Eugenio Redolfi Riva
e-mail: eugenio.redolfiriva@santannapisa.it

Research team

PhD Students

• Chiara Ciucci
• Claudio Verardo
• Filippo Castellani
• Firman Isma Serdana
• Francesco Pierotti
• Hanna Sophie Scherer
• Marianna Santucci
• Marta Bianchini
• Nicole Giannotto

• Veronica Fossati

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Research Assistants

• Bruno Rodriguez Meana
• Elena Losanno
• Eugenio Anselmino
• Francesco Iberite
• Pier Nicola Sergi
• Francesca Colacrai

Progetti

• BIOINTERNECT – “Interfacce bioniche bidirezionali multimodali” (finanziamento PI: 690.000 €), è un progetto di ricerca promosso da INAIL in collaborazione tra l’Istituto Italiano di Tecnologia, il Centro Protesi INAIL, l’Istituto di BioRobotica della Scuola Superiore Sant’Anna e il Campus Bio-Medico di Roma. La finalità del progetto BioInterNect è quella di sviluppare nuovi sistemi d’interfaccia paziente-ausilio, con lo scopo di promuovere il recupero di pattern motori complessi arricchendo la quantità e la qualità delle informazioni di feedback verso l’utente. Il focus applicativo sarà rivolto agli scenari già affrontati in precedenti progetti di ricerca INAIL: si considereranno gli use-case della protesica, della robotica riabilitativa/assistiva e della stimolazione del sistema urinario per il trattamento dell’incontinenza. I sistemi potranno adottare tecnologie neuromorfe e event-driven per l’encoding ed il decoding dei segnali, e realizzare una loro codifica biomimetica che possa migliorare la naturalezza della percezione sensoriale da parte del paziente nei predetti scenari applicativi.
• MNESYS – “A Multiscale integrated approach to the study of the nervous system in health and disease” (finanziamento SSSA: 1.276.450 €), è un progetto supportato da #NEXTGENERATIONEU (NGEU) e finanziato dal Ministero dell'Università e della Ricerca (MUR), Piano Nazionale di Ripresa e Resilienza (PNRR). Il progetto si pone l’obiettivo di sviluppare nuovi approcci per le neuroscienze sperimentali e cliniche in una prospettiva di medicina di precisione, personalizzata e predittiva con un impatto trasformativo sulla cura delle patologie del sistema nervoso e del comportamento. Il paradigma sottostante al progetto MNESYS prevede l’integrazione di competenze mediche, biologiche, tecnologiche e computazionali con l’obiettivo finale di comprendere a 360 gradi alcuni degli aspetti chiave del funzionamento del sistema nervoso in condizioni fisiologiche e nell’ambito delle sue patologie epidemiologicamente più rilevanti.
• THE – “THE - Tuscany Health Ecosystem” (finanziamento SSSA: 6.656.568 €), è un progetto supportato da #NEXTGENERATIONEU (NGEU) e finanziato dal Ministero dell'Università e della Ricerca (MUR), Piano Nazionale di Ripresa e Resilienza (PNRR). THE è uno degli undici ecosistemi dell’innovazione finanziati dal Piano Nazionale di Ripresa e Resilienza, Missione 4, Componente 2 “Dalla ricerca all’impresa”. Unico ecosistema interamente dedicato alle scienze della vita, rappresenta una rete di eccellenza che unisce tutte le università e gli istituti universitari a ordinamento speciale della Toscana, enti di ricerca pubblici e privati e imprese toscane. La missione è fare della Toscana la “regione della salute” promuovendo la ricerca e le sue applicazioni aziendali e territoriali, sviluppando tecnologie dedicate al benessere e alla salute. THE si struttura in dieci diversi ambiti di ricerca, attraverso un approccio multidisciplinare, competenze specialistiche di alto livello e un dialogo efficace tra tutti gli stakeholder, e risponde ai bisogni di innovazione e formazione del settore delle scienze della vita, consolidando l’ecosistema regionale e rafforzandone la competitività a livello regionale, nazionale e globale.
• BRIEF – “Biorobotics Research and Innovation Engineering Facilities” (finanziamento SSSA: 15.290.460 €), è un progetto supportato da #NEXTGENERATIONEU (NGEU) e finanziato dal Ministero dell'Università e della Ricerca (MUR), Piano Nazionale di Ripresa e Resilienza (PNRR). Gli obiettivi principali del progetto BRIEF, la cui proposta vede come capofila la Scuola Superiore Sant’Anna di Pisa, insieme ai partner Università degli Studi di Napoli Federico II e Politecnico di Bari, sono quelli relativi alla promozione delle scoperte scientifiche, nell’ambito delle scienze biomediche, delle micro scienze e delle nanoscienze e del trasferimento delle ricerche di base verso lo sviluppo di tecnologie abilitanti, come possono essere nuovi materiali, sensori, sistemi di misura e controllo e di elaborazione intelligente dei dati, in vista della realizzazione di piattaforme biorobotiche per aumentare il benessere e la salute e per favorire la sostenibilità ambientale.
• NEUROBRIDGE – “A bridge between the neurosciences and the neurotechnologies: an international programme of advanced education ” (finanziamento PIs: 526.375 €) è un progetto supportato da #NEXTGENERATIONEU (NGEU) e finanziato dal Ministero dell'Università e della Ricerca (MUR), Piano Nazionale di Ripresa e Resilienza (PNRR). NEUROBRIDGE è un progetto collaborativo, guidato da cinque università italiane, finalizzato a promuovere l’istruzione nell’ambito delle neuroscienze e delle neurotecnologie. È dedicato a studenti e studentesse internazionali che stanno svolgendo i loro studi universitari o di dottorato, oppure a ricercatori e ricercatrici post-dottorato internazionali che desiderano migliorare le proprie competenze.
• REWIRE – “Technology-driven combinatorial therapy to rewire the spinal cord after injury - #101073374” (finanziamento PI: 259.437 €), è un progetto finanziato dalla European Union HORIZON Marie Sklodowska-Curie Actions Doctoral Networks 2021. Il progetto si pone l’obiettivo di sfruttare tecnologie neurotraslazionali innovative e interventi riabilitativi per il ripristino delle funzioni neurologiche a seguito di lesioni del midollo spinale all’interno di numerosi progetti di dottorato di ricerca che interagiranno continuamente per convergere verso trattamenti combinatori efficaci per le lesioni del midollo spinale.
• ELMO – “Modulazione bioelettronica dell’innervazione tumorale per inibire la crescita del cancro: una prova di principio” (finanziamento PI: 168.791 €), è un progetto di ricerca promosso e finanziato dalla Fondazione Pisa. L'obiettivo principale del progetto è quello di sfruttare la neuromodulazione nella terapia antitumorale. Partendo da un modello di tumore al seno, il progetto si propone di: 1) valutare la natura e l'estensione dell'innervazione tumorale all'interno del microambiente tumorale ricorrendo alla trascrittomica spaziale a singola cellula ad alta risoluzione per descrivere l'architettura tridimensionale dei nervi all'interno del microambiente tumorale; 2) utilizzare dispositivi di neuromodulazione per modulare l'attività nervosa e inibire la crescita del tumore. Questo studio rappresenterebbe una prova di principio per un paradigma terapeutico antitumorale completamente nuovo, con un impatto potenzialmente significativo sulla prognosi del tumore e sulla qualità della vita dei pazienti.
• “Evaluation of spinal cord stimulation assisted by motor rehabilitation training for restoring motor function after spinal cord injury” (finanziamento PI: 80.000 €) è un progetto di ricerca finanziato dalla Fondazione Cariplo in collaborazione con l’Università Vita-Salute San Raffaele di Milano           .

Pubblicazioni recenti 2025-26 (lista completa delle pubblicazioni)  

• Walking back to the snow. Emedoli D, Albano L, Agnesi F, Romeni S, Iannaccone S, Mortini P, Micera S. Med. 2026 Feb 13;7(2):100991. doi: 10.1016/j.medj.2025.100991
• Enhancing upper limb motor recovery prediction after acute stroke using EEG and subacute data. Lassi M, Dalise S, Privitera L, Giannini N, Mancuso M, Azzollini V, Ciapetti T, Grippo A, Micera S, Cecchi F, Mazzoni A, Chisari C, Bandini A. APL Bioeng. 2026 Feb 2;10(1):016108. doi: 10.1063/5.0287165
• Decoding lower-limb movement attempts from electro-encephalographic signals in spinal cord injury patients. Toni L, De Seta V, Albano L, Emedoli D, Xu A, Mendez V, Agnesi F, Iannaccone S, Mortini P, Micera S, Romeni S. APL Bioeng. 2026 Jan 20;10(1):016105. doi: 10.1063/5.0297307
• A multimodal machine learning approach to forecast upper limb motor recovery after stroke using kinematic and electromyographic data - A pilot-study. Privitera L, Lassi M, Dalise S, Azzollini V, Maggiani L, Guggisberg A, Mazzoni A, Chisari C, Micera S, Bandini A. J Neuroeng Rehabil. 2026 Jan 5;23(1):31. doi: 10.1186/s12984-025-01796-5
• Reconnecting the vagus nerve to the heart through nerve conduit preserves cardiac function in a minipig model of right cardiac vagotomy. Dushpanova A, Redolfi-Riva E, Casieri V, Brogi L, Grigoratos C, Bernini F, Terlizzi D, Gabisonia K, Zinno C, Agnesi F, Furini G, Alibrandi L, Paganelli A, Sassu V, Carrozzo A, Marchetti S, Burchielli S, Carpaneto J, Sgorbini M, Beltrami AP, Cellerino A, Aquaro GD, Micera S, Lionetti V. Sci Transl Med. 2025 Dec 24;17(830):eaea4306. doi: 10.1126/scitranslmed.aea4306
• Unraveling the Potential of Small Molecule Heparin Glycomimetics in Neuroregenerative Therapeutics. Özkan M, Cellot G, Pawar S, Sardana D, Barravecchia I, Ballerini L, Angeloni D, Micera S, Stellacci F. J Am Chem Soc. 2025 Dec 17;147(50):46023-46038. doi: 10.1021/jacs.5c13142
• Brain Oscillatory Modes as a Proxy of Stroke Recovery. Harquel S, Cadic-Melchior A, Morishita T, Fleury L, Ceroni M, Menoud P, Brügger J, Beanato E, Meyer NH, Evangelista GG, Egger P, Van de Ville D, Blanke O, Micera S, Léger B, Adolphsen J, Jagella C, Mühl A, Constantin C, Alvarez V, Vuadens P, Turlan JL, Bonvin C, Koch PJ, Wessel MJ, Hummel FC. Neurorehabil Neural Repair. 2025 Dec;39(12):983-996. doi: 10.1177/15459683251363241
• Making the case for sandboxes in implantable neurotechnologies. Chiti E, Micera S, Palmerini E. Nat Commun. 2025 Nov 5;16(1):9783. doi: 10.1038/s41467-025-65584-4.
• A multi-joint soft exosuit improves shoulder and elbow motor functions in individuals with spinal cord injury. Ferroni, R., D’Avola, G., Sciarrone, G. et al. Nat Mach Intell 7, 1390–1402 (2025). https://doi.org/10.1038/s42256-025-01105-8
• Combining gamma neuromodulation and robotic rehabilitation after a stroke restores parvalbumin interneuron dynamics and improves motor recovery in mice. Vignozzi L, Macchi F, Montagni E, Pasquini M, Martello A, Minetti A, Coulomb É, Allegra Mascaro AL, Micera S, Caleo M, Spalletti C. PLoS Biol. 2025 Oct 14;23(10):e3002806. doi: 10.1371/journal.pbio.3002806
• Digital twins and non-invasive recordings enable early diagnosis of Alzheimer's disease. Amato LG, Lassi M, Vergani AA, Carpaneto J, Mazzeo S, Moschini V, Burali R, Salvestrini G, Fabbiani C, Giacomucci G, Galdo G, Morinelli C, Emiliani F, Scarpino M, Padiglioni S, Nacmias B, Sorbi S, Grippo A, Bessi V, Mazzoni A. Alzheimers Res Ther. 2025 May 31;17(1):125. doi: 10.1186/s13195-025-01765-z
• Post-stroke spontaneous motor recovery in mice can be predicted from acute-phase local field potential using machine learning. Meneghetti N, Lassi M, Massa V, Micera S, Mazzoni A, Alia C, Bandini A. APL Bioeng. 2025 Apr 22;9(2):026108. doi: 10.1063/5.0263191
• A Soft Pneumatic Exosuit to Assist Pronosupination in Individuals with Spinal Cord Injury. Ferroni, R., D’Avola, G., Mauceri, D.F., Pau, C., Sciarrone, G., Righi, G., Carpaneto, J., Gandolla, M., Del Popolo, G., Micera, S. and Proietti, T. (2025), Adv. Intell. Syst. 2500124. https://doi.org/10.1002/aisy.202500124
• Piezoelectric Chitosan Microporous Scaffolds for Ultrasound-Driven Schwann Cell Migration and Enhanced Neurotrophins Production. Bianchini M, Iacoponi F, Battaglini M, Ciofani G, Micera S, Ricotti L, Redolfi Riva E, Cafarelli A. ACS Biomater Sci Eng. 2026 Jan 12;12(1):461-475. doi: 10.1021/acsbiomaterials.5c01086
• Potential of Guidewire-Clot Interaction Forces for Clot Detection in Robotic Mechanical Thrombectomy. Roussinova E, Brina O, Galand W, Reymond P, Micera S, Machi P, Bouri M. Int J Med Robot. 2025 Oct;21(5):e70109. doi: 10.1002/rcs.70109
• Building hybrid models of neuromodulation from automatic segmentation of peripheral nerve histological sections. Verardo C, Giannotti A, Albert C, Faoro G, Schiff C, Bourgeot J, Lazzarini G, Pirone A, Miragliotta V, Moccia S, Micera S, Romeni S. Comput Biol Med. 2025 Oct;197(Pt B):111072. doi: 10.1016/j.compbiomed.2025.111072
• Simulation insights on the compound action potential in multifascicular nerves. Tharayil JJ, Zinno C, Agnesi F, Lloyd B, Farcito S, Cassara A, Kuster N, Reimann M, Micera S, Neufeld E. PLoS Comput Biol. 2025 Sep 12;21(9):e1013452. doi: 10.1371/journal.pcbi.1013452
• Biophysical characterization of the recording of unmyelinated and myelinated fiber activity with peripheral interfaces. Verardo C, Romeni S, Micera S. iScience. 2025 Apr 22;28(5):112495. doi: 10.1016/j.isci.2025.112495
• Epidural electrical stimulation facilitates motor recovery in spinal cord injury involving the conus medullaris: A case study. Albano L, Emedoli D, Agnesi F, Romeni S, Losanno E, Toni L, Fossati V, Ciucci C, Gasperotti F, Cociani L, Zucco G, Pompeo E, Mura C, Carpaneto J, Tettamanti A, Castelnovo V, Padul JD, Mandelli C, Barzaghi LR, Alemanno F, Caravati H, Butera C, Del Carro U, Castellano A, Falini A, Agosta F, Filippi M, Iannaccone S, Mortini P, Micera S. Med. 2025 Oct 10;6(10):100706. doi: 10.1016/j.medj.2025.100706.
• Optimization frameworks for bespoke sensory encoding in neuroprosthetics. Leong F, Micera S, Shokur S. APL Bioeng. 2025 May 20;9(2):020901. doi: 10.1063/5.0249434
• Personalized brain models link cognitive decline progression to underlying synaptic and connectivity degeneration. Amato LG, Vergani AA, Lassi M, Carpaneto J, Mazzeo S, Moschini V, Burali R, Salvestrini G, Fabbiani C, Giacomucci G, Galdo G, Morinelli C, Emiliani F, Scarpino M, Padiglioni S, Nacmias B, Sorbi S, Grippo A, Bessi V, Mazzoni A. Alzheimers Res Ther. 2025 Apr 5;17(1):74. doi: 10.1186/s13195-025-01718-6
• Spiking Patterns in the Globus Pallidus Highlight Convergent Neural Dynamics across Diverse Genetic Dystonia Syndromes. Kaymak A, Colucci F, Ahmadipour M, Andreasi NG, Rinaldo S, Israel Z, Arkadir D, Telese R, Levi V, Zorzi G, Carpaneto J, Carecchio M, Prokisch H, Zech M, Garavaglia B, Bergman H, Eleopra R, Mazzoni A, Romito LM. Ann Neurol. 2025 May;97(5):826-844. doi: 10.1002/ana.27185.
• Extended Cognitive Load Induces Fast Neural Responses Leading to Commission Errors. Taddeini F, Avvenuti G, Vergani AA, Carpaneto J, Setti F, Bergamo D, Fiorini L, Pietrini P, Ricciardi E, Bernardi G, Mazzoni A. eNeuro. 2025 Feb 10;12(2):ENEURO.0354-24.2024. doi: 10.1523/ENEURO.0354-24.2024
• Neuroethology of natural actions in freely moving monkeys. Lanzarini F, Maranesi M, Rondoni EH, Albertini D, Ferretti E, Lanzilotto M, Micera S, Mazzoni A, Bonini L. Science. 2025 Jan 10;387(6730):214-220. doi: 10.1126/science.adq6510.
• Event-related potential markers of subjective cognitive decline and mild cognitive impairment during a sustained visuo-attentive task. Vergani AA, Mazzeo S, Moschini V, Burali R, Lassi M, Amato LG, Carpaneto J, Salvestrini G, Fabbiani C, Giacomucci G, Morinelli C, Emiliani F, Scarpino M, Bagnoli S, Ingannato A, Nacmias B, Padiglioni S, Sorbi S, Bessi V, Grippo A, Mazzoni A. Neuroimage Clin. 2025;45:103760. doi: 10.1016/j.nicl.2025.103760
• An Ultrathin and Lightweight Soft Inflatable Actuator for Natural Tactile Sensory Feedback. Scherer, H., Iberite, F., Caserta, G., Boccardo, N., Carpaneto, J., Gruppioni, E., Micera, S. and Proietti, T. (2025), Adv. Intell. Syst., 7: 2500262. https://doi.org/10.1002/aisy.202500262
• Characterization of Machine Learning-Based Surrogate Models of Neural Activation Under Electrical Stimulation. Toni L, Pierantoni L, Verardo C, Romeni S, Micera S. Bioelectromagnetics. 2025 Jan;46(1):e22535. doi: 10.1002/bem.22535
• High-frequency epidural electrical stimulation reduces spasticity and facilitates walking recovery in patients with spinal cord injury. Romeni S, Losanno E, Emedoli D, Albano L, Agnesi F, Mandelli C, Barzaghi LR, Pompeo E, Mura C, Alemanno F, Tettamanti A, Castellazzi P, Ciucci C, Fossati V, Toni L, Caravati H, Bandini A, Del Carro U, Agosta F, Filippi M, Iannaccone S, Mortini P, Micera S. Sci Transl Med. 2025 Jan 8;17(780):eadp9607. doi: 10.1126/scitranslmed.adp9607.