Analisi del Movimento Umano

Obbiettivi Conoscere le diverse descrizioni del movimento umano ed i relativi strumenti utilizzati Sapere come attraverso l’uso di questi strumenti avviene l’acquisizione ed l’elaborazione dei segnali Saper costruire e analizzare modelli del movimento umano

Perché studiare tutto ciò? Perché l’osservazione ad occhi nudo non è sufficiente e spesso risulta non corretta Perché ogni movimento è ridondante Perché è necessario definire i pattern motori stabili Il che significa: Calcolare modelli del movimento analizzato Trovare le variabili indipendentemente controllate

Che cosa dobbiamo conoscere Gli strumenti utilizzati per l’analisi del movimento La natura del segnale registrato e a quale sistema si riferisce Definire l’analisi I modelli e i test sui modelli Le applicazioni Le interpretazioni

In sintesi Strumenti Sistemi corporei Analisi Modelli Applicazioni

Strumenti Cinematica 3D: Dinamica 3D: Elettromiografia (EMG): Telecamere (Cinematografia); Accelerometri; Goniometri Dinamica 3D: Pedane di Forza ; Pedane Stabilometriche; Celle di Forza; Manopulandum. Elettromiografia (EMG): Di Superfircie; Ad Ago. Transcranial Magnetic Stimulation (TMS): Potenziali Evocati; Modelli

Variabili calcolate Cinematica 3D: Dinamica 3D: EMG: TMS: Spostamenti, Velocità, Accelerazioni del corpo o dei diversi segmenti corporei Dinamica 3D: Forze e momenti delle forze del corpo o dei diversi segmenti del corpo EMG: Attività elettrica del muscolo, agonisti antagonisti, intensità e velocità della contrazione, tempi di intervento della attivazione. TMS: Potenziali evocati, inibizione neuronale, localizzazione del sistema motorio

Esempi Sinergie articolari (vincoli e gradi di libertà) Posture (migrazione del centro di pressione, COP) Sinergie delle forze espresse Rappresentazione del movimento a livello cerebrale

La riproducibilità del movimento Data la ridondanza dei gradi di libertà del corpo umano un certo compito motorio: non potrà mai essere soddisfatto esattamente allo stesso modo …ma Alcune stabilità possono essere osservate L’analisi del movimento può essere utilizzata per ricercare queste stabilità

La variabilita’ a livello delle articolazioni e’ molto piu’ elevata rispetto a quella a livello del martello (il compito motorio).

Diminuzione dei gradi di liberta’? Fra tutte le traiettorie possibili scegliamo: le piu’ “comode”: limitiamo l’ampiezza dei singoli movimenti articolari (Rosenbaum, 1998) le piu’ “scorrevoli”: minimizziamo la derivata prima dell’accelerazione (Hogan &Flash,1987) minimizziamo l’energia spesa (Alexander, 1984) creiamo sinergie muscolari utilizzando il vincolo del compito motorio (Bernstein,1967)

Speed-accuracy trade-off L’analisi del movimento può essere utilizzata per ricercare stabilità (Leggi) Movimenti balistici Curva della velocità a campana Movimenti veloci e di precisione Accelerazione e decelerazione asimmetrica Legge di Fitts

10 40 5 15 IDa IDb = 1.79 1.79 2.07 MT a b T1 T2 MT=a+b[ID] ID=[log2 (2A/W)] A W

Le sinergie fra le forze espresse Forze sinergiche fra pollice e indice nel sollevare oggetti che cambiano di peso e di attrito Forze sinergiche fra le dita (enslaving effect) e fra i muscoli posturali Tri-fasica sinergie agonista antagonista in movimenti balistici

EMG

Reazioni preprogrammate

Il cervello motorio Biological motion Il movimento immaginato Il movimento eseguito Relazione fra sapere e saper fare Studio dei movimenti dopo una perturbazione

Il movimento immaginato ) Studi di stimolazione magnetica transcranica (TMS) dimostrano che l’osservazione di azioni determina un aumento nell’eccitabilità del sistema motorio. Questo aumento si riflette in un aumento nell’ampiezza dei potenziali evocati motori (MEPs). Fadiga et al. 1995 Strafella et al. 2000 Maeda et al. 2001,2002

I modelli del movimento Analisi dimensionale Lambda Model Uncontrolled Manifold UCM Goal Equivalent Manifold GEM Ottimizzazioni Robotica I modelli sono importanti perché: predittivi, esplicativi, “universali”

L’analisi dei movimenti “diversi” Comprensione del problema Analisi dello stato Diagnosi Esercitazioni Test sugli interventi eseguiti Misura del controllo Misura dell’apprendimento

L’analisi del movimento e l’arte Laboratorio delle arti visive La danza, l’acrobatica, il mimo Filtraggi, campionamento, frequenza di trasmissione delle immagini, duplicazioni, il movimento registrato e riprodotto da piani diversi contemporaneamente ecc. L’estetica e la percezione del movimento umano