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Proveniente da un'illustre famiglia, nacque il 23 Novembre 1840.
Suo zio materno Candido Augusto Vecchi, fu patriota militare e anche uno storico. Nel 1862 si iscrisse all'Università di Bologna, dove frequentò la facoltà di Medicina e Chirurgia, dopo aver partecipato ai moti risorgimentali. Conseguì la laurea nel 1868.
Si recò in Germania nel 1873 per specializzarsi nello studio cardiologico, diventando allievo di Carl Ludwig, uno dei più importanti cardiologi europei; per il Luciani quest'esperienza fu il più significativo evento professionale della vita.
Con approfonditi esperimenti raggiunse significativi risultati, come nel caso del "Fenomeno Luciani-Wenckelback", poi studiato anche da eminenti professori di tutto il mondo.
Tornato in Italia, nel 1875 ottenne la cattedra di Patologia forense all'Universita di Parma, e poi altri prestigiosi incarichi lo video impegnato a Siena e Firenze. Nel 1883 approdò alla Sapienza Università di Roma, di cui divenne rettore nel 1898, e dove ebbe come allievo un altro grande medico, il calabrese Giuseppe Amantea.
Il suo campo di ricerca fu molto ampio, spaziò infatti dalla cardiologia, alla neurologia, alla medicina interna.
Pubblicò oltre settanta fra libri ed articoli, e il suo trattato "Fisiologia dell'Uomo" ebbe ben cinque edizioni e traduzioni anche in inglese, tedesco e spagnolo.
Altra grande scoperta fu l'individuazione dei tre sintomi principali delle patologie del cervelletto, da cui il nome "Triade di Luciani".
Si spense a Roma il 23 giugno del 1919.
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