Effetto di un Sistema a Audio Biofeedback (ABF) sulle componenti Feedback e Feedforward del controllo posturale M. Dozza1,2, L. Chiari1, F.B. Horak2, A. Cappello1 1Dipartimento di Elettronica, Informatica e Sistemistica Alma Mater Studiorum - Università di Bologna, Italia 2Neurological Sciences Institute OHSU, Beaverton (OR), USA L’EQUILIBRIO • L’equilibrio posturale è la conseguenza di una appropriata strategia di attivazione muscolare elaborata dal cervello sulla base delle informazioni ambientali rese disponibili dai recettori sensoriali. RECETTORI SENSORIALI Integrazione Multi-Sensoriale Mappa interna Cervello MUSCOLI L’EQUILIBRIO (2) • Il cervello sfrutta le informazioni visiva, vestibolare e somatosensoriale per mantenere l’equilibrio Informazione Sensoriale ABF • ABF fornisce una informazione addizionale VISIVA VESTIBOLARE Integrazione Multi-Sensoriale Mappa interna SOMATOS. MUSCOLI Cervello SISTEMA ABF e PROTOCOLLO SPERIMENTALE Sistema ABF: - PC portatile (Celeron 2.3 GHz) - Sensore accelerometrico (Analog Devices ADXL 203) - Cuffie Audio (Sony SBC HP 140) Sistema di cross validazione: - Pedana dinamometrica (AMTI OR6-6) AP ML - Sistema di acquisizione EMG (TIB SOL GAS) 9 Istruzioni soggetti sani per i 9 soggetti sani: - Età 55 [33-71] anni - Mantenere una postura ortostatica - Altezza cm con eretta su167 4‘’ [151-180] TemperTM foam - Peso [65-86] Kg il sistema ABF occhi 73 chiusi usando quando - 10 provedisponibile della durata di 1 min FUNZIONI per la GENERAZIONE del SUONO Regione di sicurezza (SR) • Rappresenta i limiti di stabilità • In questa regione la proiezione del centro di massa rimane interna alla base di appoggio del soggetto • La base di appoggio viene stimata dai parametri antropometrici misurati per ogni soggetto •Regione naturale di oscillazione (RR) • rappresenta la oscillazione naturale (±1 grado dalla verticale, Mayagoitia 2002) • è basata sull’altezza del soggetto • è stimata a partire da un modello a pendolo semplice del corpo ABF MIGLIORA LA STABILITA’… MA QUAL’E’ IL MECCANISMO? Open-Loop Cognitive Feedback Sensory Feed-forward Tuning-fork SENZA ABF ? ? ? CON ABF STABILOGRAM DIFFUSION ANALYSIS (Collins & De Luca, 1993) K K: coefficiente di diffusione Tc: punto critico Tc T [Chiari et al. 2000] ANALISI STATISTICA 600.0 *p<0.05 **p<0.01 0.5 * ** 433.3 Tc K 0.3 266.7 100.0 0.2 ABF ON ABF OFF 0.1 ABF ON ABF OFF Sia K che Tc mostrano una riduzione sistematica dovuta all’ABF Le proprietà strutturali cambiano durante le prove con ABF: Il controllo feedback aumenta a scapito di quello a feed-forward ATTIVITA’ MUSCOLARE • L’uso del sistema di ABF non comporta una iper-attività muscolare di TIB, GAS e SOL. La differenza di attività muscolare fra prove con e senza ABF non è significativa (p>0.05). CO-CONTRAZIONE [Olney & Winter, 1985] • Usando il sistema ABF l’entità della co-contrazione fra TIB e SOL e fra TIB e GAS rimane la stessa CONCLUSIONI • I soggetti aumentano il controllo posturale usando il sistema ABF • Il sistema ABF determina cambiamenti strutturali nel movimento del COP che potrebbero riflettere un maggior ruolo del controllo a feedback rispetto a quello a feed-forward. • L’utilizzo del sistema ABF non comporta una iperattività muscolare. • Il miglioramento dell’equilibrio usando il sistema ABF non è dovuto al semplice irrigidimento muscolare (cocontrazione) dei muscoli antagonisti della gamba. • Studi futuri saranno necessari per determinare se, con la pratica, i soggetti potranno usare l’ABF con minore controllo volontario e quindi quanto questo risultato persista nel lungo periodo. WORK IN PROGRESS • Validazione di ABF durante compiti dinamici. • Comprendere se, con l’esercizio, l’uso del sistema di ABF puó diventare via via piú automatico. • Uso per la riabilitazione clinica di soggetti con disturbi dell’equilibrio. • Sviluppo di una protesi wireless e portatile per migliorare l’equilibrio. GRAZIE PER L’ATTENZIONE