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Effetto di un Sistema a Audio Biofeedback (ABF) sulle componenti Feedback e Feedforward del controllo posturale M. Dozza 1,2, L. Chiari 1, F.B. Horak 2,

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1 Effetto di un Sistema a Audio Biofeedback (ABF) sulle componenti Feedback e Feedforward del controllo posturale M. Dozza 1,2, L. Chiari 1, F.B. Horak 2, A. Cappello 1 1 Dipartimento di Elettronica, Informatica e Sistemistica Alma Mater Studiorum - Università di Bologna, Italia 2 Neurological Sciences Institute OHSU, Beaverton (OR), USA

2 LEQUILIBRIO RECETTORI SENSORIALI MUSCOLI Cervello Integrazione Multi-Sensoriale Mappa interna Lequilibrio posturale è la conseguenza di una appropriata strategia di attivazione muscolare elaborata dal cervello sulla base delle informazioni ambientali rese disponibili dai recettori sensoriali.

3 LEQUILIBRIO (2) MUSCOLI Cervello Il cervello sfrutta le informazioni visiva, vestibolare e somatosensoriale per mantenere lequilibrio VISIVA VESTIBOLARE SOMATOS. ABF ABF fornisce una informazione addizionale Informazione Sensoriale Integrazione Multi-Sensoriale Mappa interna

4 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 Temper TM 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 [ ] cm - Peso 73 [65-86] Kg - 10 prove della durata di 1 min

5 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 sullaltezza del soggetto è stimata a partire da un modello a pendolo semplice del corpo

6 Cognitive Sensory Tuning-fork ABF MIGLIORA LA STABILITA… SENZA ABF CON ABF Open-Loop Feedback Feed-forward ? ? ? MA QUALE IL MECCANISMO?

7 STABILOGRAM DIFFUSION ANALYSIS (Collins & De Luca, 1993) K: coefficiente di diffusione Tc: punto critico K Tc [Chiari et al. 2000] T

8 *** Sia K che Tc mostrano una riduzione sistematica dovuta allABF Le proprietà strutturali cambiano durante le prove con ABF: Il controllo feedback aumenta a scapito di quello a feed-forward ANALISI STATISTICA ABF ONABF OFF K ABF ONABF OFF Tc *p<0.05 **p<0.01

9 ATTIVITA MUSCOLARE Luso 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).

10 CO-CONTRAZIONE [Olney & Winter, 1985] Usando il sistema ABF lentità della co-contrazione fra TIB e SOL e fra TIB e GAS rimane la stessa

11 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. Lutilizzo del sistema ABF non comporta una iper- attività muscolare. Il miglioramento dellequilibrio 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 lABF con minore controllo volontario e quindi quanto questo risultato persista nel lungo periodo.

12 WORK IN PROGRESS Validazione di ABF durante compiti dinamici. Comprendere se, con lesercizio, luso del sistema di ABF puó diventare via via piú automatico. Uso per la riabilitazione clinica di soggetti con disturbi dellequilibrio. Sviluppo di una protesi wireless e portatile per migliorare lequilibrio.

13 GRAZIE PER LATTENZIONE


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