La mia ricerca riguarda i meccanismi con cui il sistema nervoso centrale coordina i muscoli e apprende nuovi movimenti, e il loro uso per sviluppare nuovi strumenti di valutazione e di trattamento in neuroriabilitazione. Ho contribuito ad affermare l'analisi delle sinergie muscolari come approccio computazionale allo studio dell'organizzazione modulare del controllo motorio e delle sue alterazioni dopo lesioni neurologiche, sviluppando tra l'altro un algoritmo per l'identificazione delle sinergie spazio-temporali.
Nel laboratorio combiniamo registrazioni elettromiografiche di superficie e ad alta densità, motion capture, realtà virtuale immersiva e controllo mioelettrico. Con le "chirurgie virtuali", perturbazioni delle forze muscolari simulate in realtà virtuale, abbiamo ottenuto un'evidenza diretta dell'organizzazione neurale delle sinergie. Studiamo inoltre le strategie individuali in compiti complessi come lanciare e afferrare una palla, e il ruolo della variabilità nell'apprendimento motorio.
Le applicazioni cliniche comprendono la riabilitazione dell'arto superiore dopo l'ictus con controllo mioelettrico adattivo e realtà virtuale, anche combinati con la stimolazione cerebellare non invasiva; la caratterizzazione del controllo motorio nell'atassia cerebellare e, con compiti di intercettamento in realtà virtuale, nella malattia di Alzheimer; il controllo di arti robotici supernumerari tramite lo "spazio nullo" muscolare (progetto europeo HARIA). Le ricerche sono svolte in collaborazione con altri laboratori della Linea di Ricerca 3.
Progetti attivi
- HARIA, Human-Robot Sensorimotor Augmentation (Horizon Europe, 2022–2026): responsabile dell'unità Santa Lucia e coordinatore del WP3.
- Comunicazione aptica nella locomozione interattiva (Ministero della Salute, PNRR-POC-2022-12375705, 2023–2025): co-PI.
- CMES-AD, neuromodulazione nella malattia di Alzheimer (Ministero della Salute, PNRR, 2023–2025): valutazione in realtà virtuale.
- VVITA, Virtual reality Therapy for Arm recovery (Helmholtz Association, 2019–2023): responsabile dell'unità Santa Lucia.
- CogIMon (Commissione Europea, H2020, 2015–2019) e AMARSi (Commissione Europea, FP7, 2010–2014): responsabile dell'unità Santa Lucia e coordinatore di work package.
- Human Frontier Science Program, RGP11/2008 (2008–2012), e Ricerca Finalizzata RF-2011-02347869 (Ministero della Salute, 2014–2018): responsabile scientifico.
Brevetti
- Sistema per la valutazione quantitativa dell'interazione interpersonale durante la locomozione (brevetto italiano n. 102016000132368, 2016; domanda di brevetto europeo n. 17205872.9).
- Simulatore del cammino con lunghezze dei segmenti della gamba ed assi di rotazione regolabili (RM 2008 U 000136, 2008).
- 2025 – oggi:Coordinatore del Corso di Laurea in Scienze Biologiche, Università di Roma Tor Vergata.
- 2024 – oggi:Professore Ordinario di Fisiologia, Dipartimento di Biologia, Università di Roma Tor Vergata.
- 2015 – oggi:Ricercatore collaboratore e responsabile di progetti di ricerca, Santa Lucia IRCCS; responsabile del Laboratorio di Metodi Computazionali e Biomeccanica della Mano.
- 2014 – 2023:Professore Ordinario di Fisiologia, Dipartimento BIOMORF, Università di Messina.
- 2006 – 2014:Ricercatore dirigente, Laboratorio di Fisiologia Neuromotoria, Fondazione Santa Lucia IRCCS, Roma.
- 2003 – 2006:Ricercatore, Laboratorio di Fisiologia Neuromotoria, Fondazione Santa Lucia IRCCS, Roma.
- 2000 – 2002:Postdoctoral Associate, Massachusetts Institute of Technology, Cambridge (USA), laboratorio di Emilio Bizzi.
- 2000:Ph.D. in Neuroscienze, Department of Brain and Cognitive Sciences, Massachusetts Institute of Technology.
- 1994 – 1995:Borsista, INFN, Sezione di Milano.
- 1992 – 1994:Research Associate, esperimento ATLAS, CERN, Ginevra.
- 1993:Laurea in Fisica, Università degli Studi di Milano.
Visiting scientist al MIT (2003–2015), alla University of British Columbia (2011), all'Imperial College London (2013) e al National Center of Neurology and Psychiatry di Tokyo (2017).
- Membro eletto del Consiglio Direttivo della Società Italiana di Fisiologia (2020–2026).
- Membro eletto del Board of Directors della Society for the Neural Control of Movement (2007–2016 e 2020–2023).
- Associate Editor, Frontiers in Computational Neuroscience (dal 2021).
- Membro del comitato editoriale di Journal of Neurophysiology (dal 2014) e Journal of Motor Behavior (dal 2012).
- 2026: World's Top 2% Scientists (Stanford University ed Elsevier).
- 2010: ItaliaCamp, "La Tua Idea per il Paese", vincitore della sezione Healthcare and technology transfer.
- 2007: Delsys Prize, Honorable Mention.
Pubblicazioni selezionate
- Rossato J, Hinnekens E, Borzelli D, Gurgone S, Berger DJ, d'Avella A. Structured modulations in high-density EMG patterns from a single muscle enable simultaneous control of natural and extra degrees of freedom. J NeuroEng Rehabil 23: 235, 2026.
- Dal'Bello LR, Berger DJ, Borzelli D, Burdet E, d'Avella A. A modular architecture for trial-by-trial learning of redundant muscle activity patterns in novel sensorimotor tasks. PLOS Comput Biol 22: e1012834, 2026.
- De Pasquale P, De Bartolo D, Russo M, Berger DJ, et al., Castellini C, Morone G, d'Avella A. User-centered development of a personalized adaptive mirror therapy for upper-limb post-stroke rehabilitation using virtual reality and myoelectric control. Front Bioeng Biotechnol 13, 2025.
- de Nobile A, Borghi I, De Pasquale P, Berger DJ, et al., Koch G, d'Avella A, Russo M. Anticipatory reaching motor behavior characterizes patients within the Alzheimer's disease continuum in a virtual reality environment. Alzheimers Res Ther 17, 2025.
- Berger DJ, d'Avella A. Myoelectric control and virtual reality to enhance motor rehabilitation after stroke. Front Bioeng Biotechnol 12: 1376000, 2024.
- Gurgone S, Borzelli D, De Pasquale P, Berger DJ, Lisini Baldi T, D'Aurizio N, Prattichizzo D, d'Avella A. Simultaneous control of natural and extra degrees of freedom by isometric force and electromyographic activity in the muscle-to-force null space. J Neural Eng 19, 2022.
- Berger DJ, Masciullo M, Molinari M, Lacquaniti F, d'Avella A. Does the cerebellum shape the spatiotemporal organization of muscle patterns? Insights from subjects with cerebellar ataxias. J Neurophysiol 123: 1691–1710, 2020.
- Berger DJ, Gentner R, Edmunds T, Pai DK, d'Avella A. Differences in adaptation rates after virtual surgeries provide direct evidence for modularity. J Neurosci 33: 12384–12394, 2013.
- Dominici N, Ivanenko YP, Cappellini G, d'Avella A, et al. Locomotor primitives in newborn babies and their development. Science 334: 997–999, 2011.
- d'Avella A, Portone A, Fernandez L, Lacquaniti F. Control of fast-reaching movements by muscle synergy combinations. J Neurosci 26: 7791–7810, 2006.
- d'Avella A, Saltiel P, Bizzi E. Combinations of muscle synergies in the construction of a natural motor behavior. Nat Neurosci 6: 300–308, 2003.