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 SistemisticaAlma Mater Studiorum - Università di Bologna, Italia
2Neurological Sciences InstituteOHSU, Beaverton (OR), USA
L’EQUILIBRIO
RECETTORI SENSORIALI
MUSCOLICervello
Integrazione Multi-Sensoriale
Mappa interna
• 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.
L’EQUILIBRIO (2)
MUSCOLI Cervello
• Il cervello sfrutta le informazioni visiva, vestibolare e somatosensoriale per mantenere l’equilibrio
VISIVA
VESTIBOLARE
SOMATOS.
ABF• ABF fornisce una informazione addizionale
Informazione Sensoriale
Integrazione Multi-Sensoriale
Mappa interna
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)
Istruzioni per i 9 soggetti sani:
- Mantenere una postura ortostatica eretta su 4‘’ TemperTM foam con occhi chiusi usando il sistema ABF quando disponibile
Sistema di cross validazione:
- Pedana dinamometrica (AMTI OR6-6)
- Sistema di acquisizione EMG (TIB SOL GAS)ML
AP
9 soggetti sani
- Età 55 [33-71] anni
- Altezza 167 [151-180] cm- Peso 73 [65-86] Kg- 10 prove 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
Cognitive
Sensory
Tuning-fork
ABF MIGLIORA LA STABILITA’…
SENZA ABF CON ABF
Open-Loop
Feedback
Feed-forward
???
MA QUAL’E’ IL MECCANISMO?
STABILOGRAM DIFFUSION ANALYSIS (Collins & De Luca, 1993)
K: coefficiente di diffusione
Tc: punto critico
K
Tc
[Chiari et al. 2000]T
* **
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
ANALISI STATISTICA
100.0
266.7
433.3
600.0
ABF ON ABF OFF
K
0.1
0.2
0.3
0.5
ABF ON ABF OFF
Tc
*p<0.05**p<0.01
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 iper-attività muscolare.
• Il miglioramento dell’equilibrio usando il sistema ABF non è dovuto al semplice irrigidimento muscolare (co-contrazione) 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