M. Dozza1,2, L. Chiari1, F.B. Horak2, A. Cappello1 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

Integrazione Multi-Sensoriale 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. Integrazione Multi-Sensoriale Mappa interna RECETTORI SENSORIALI Cervello MUSCOLI

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

SISTEMA ABF e PROTOCOLLO SPERIMENTALE 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) Sistema di acquisizione EMG (TIB SOL GAS) AP ML 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 Istruzioni per i 9 soggetti sani: - Mantenere una postura ortostatica eretta su 4‘’ TemperTM foam con occhi chiusi usando il sistema ABF quando disponibile

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? ? Cognitive Open-Loop Feedback Sensory ? Tuning-fork Feed-forward ? SENZA ABF CON ABF

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

ANALISI STATISTICA * ** 600.0 *p<0.05 **p<0.01 0.5 * ** 433.3 0.3 K Tc 266.7 0.2 100.0 0.1 ABF ON ABF OFF ABF ON ABF OFF Sia K che DTc 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 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