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
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ABF components