Sistemi a Biofeedback e Realtà Virtuale per la Riabilitazione Motoria Dottorato di Ricerca in Bioingegneria, XIX ciclo, a.a 2005/2006 Marco Dozza Supervisore: Prof. Angelo Cappello DEIS – Università di Bologna Controrelatore: Prof. Carlo Marchesi DSI – Università di Firenze Cosupervisori: Prof.ssa Fay Horak - NSI – Oregon Health & Sciences University Dott. Ing. Lorenzo Chiari – DEIS – Università di Bologna

Marco Dozza – SISTEMI A BIOFEEDBACK E REALTA’ VIRTUALE PER LA RIABILITAZIONE MOTORIA – a.a. 20052006 Attività di Ricerca Messa a punto di protocolli sperimentali orientati a compiti dinamici e tesi a quantificare l’apprendimento di un compito motorio con l’ausilio di biofeedback. Sperimentazione in vivo (su soggetti sani e con patologia vestibolare unilaterale) di sistemi ad audio-biofeedback (ABF) e biofeedback tattile (TBF). 2 mesi di attività sperimentale sono stati svolti presso l’Oregon Health & Science University di Portland, OR. 2 articoli relativi agli studi realizzati precedentemente in questo dottorato sono stati pubblicati.

ABF durante la postura eretta perturbata Marco Dozza – SISTEMI A BIOFEEDBACK E REALTA’ VIRTUALE PER LA RIABILITAZIONE MOTORIA – a.a. 2005/2006 ABF durante la postura eretta perturbata Tredici soggetti sani (età 33±7 anni, altezza 175±10 cm, peso 78±18 Kg) Pedana rotante con una funzione pseudorandom Variabili misurate: COP, Accelerazioni L5 e C7, posizioni di anca e spalla in ML. L’ABF retroazionava l’informazione di pedana secondo quattro modalità di diverso contenuto informativo (Fig in basso) I soggetti sono stati testati in 3 blocchi composti da 5 condizioni randomizzate Analisi: SD delle misure (COP, AccL5, AccC7)

ABF durante la postura eretta perturbata Marco Dozza – SISTEMI A BIOFEEDBACK E REALTA’ VIRTUALE PER LA RIABILITAZIONE MOTORIA – a.a. 2005/2006 ABF durante la postura eretta perturbata Performance migliore con ABF codificante l’informazione piú completa Performance peggiore senza ABF Apprendimento nel tempo in tutte le condizioni Biofeedback sempre vantaggioso anche dopo l’apprendimento spontaneo Differenze fra il contenuto informativo dell’ABF prevalentemente all’inizio Perfino un semplice allarme è utile dopo un training intensivo

ABF durante la postura eretta perturbata Marco Dozza – SISTEMI A BIOFEEDBACK E REALTA’ VIRTUALE PER LA RIABILITAZIONE MOTORIA – a.a. 2005/2006 ABF durante la postura eretta perturbata Accelerazione a L5 e COP si comportano in modo similare L’accelerazione a C7 aumenta col biofeedback suggerendo un diverso tipo di controllo posturale in presenza di biofeedback acustico rispetto alla condizione senza ABF.

Biofeedback Tattile (TBF) durante la camminata Marco Dozza – SISTEMI A BIOFEEDBACK E REALTA’ VIRTUALE PER LA RIABILITAZIONE MOTORIA – a.a. 2005/2006 Biofeedback Tattile (TBF) durante la camminata Nove soggetti con severa insufficienza vestibolare unilaterale (UVL; 49±11 anni, altezza: 172±10cm, e peso: 89±21kg ) 2 Gruppi 2 sessioni sperimentali (una con e una senza TBF) 30 camminate tandem per ciascuna sessione 0.5 Hz frequenza del passo Il TBF informava dell’inclinazione ML del tronco

TBF durante la camminata Marco Dozza – SISTEMI A BIOFEEDBACK E REALTA’ VIRTUALE PER LA RIABILITAZIONE MOTORIA – a.a. 2005/2006 TBF durante la camminata Dati registrati Cinematica da Motion Analysis Inclinazione medio-laterale Parametri analizzati Deviazione standard dell’inclinazione Deviazione standard del COM Variabilità del passo Frequenza del passo [esempio Matlab]

TBF durante la camminata Marco Dozza – SISTEMI A BIOFEEDBACK E REALTA’ VIRTUALE PER LA RIABILITAZIONE MOTORIA – a.a. 2005/2006 TBF durante la camminata

TBF durante la camminata Marco Dozza – SISTEMI A BIOFEEDBACK E REALTA’ VIRTUALE PER LA RIABILITAZIONE MOTORIA – a.a. 2005/2006 TBF durante la camminata

Pubblicazioni su riviste internazionali: Marco Dozza – SISTEMI A BIOFEEDBACK E REALTA’ VIRTUALE PER LA RIABILITAZIONE MOTORIA – a.a. 2005/2006 Pubblicazioni su riviste internazionali: M. Dozza, L. Chiari, B. Chan, L. Rocchi, F.B. Horak and A. Cappello, “Influence of a Portable Audio-Biofeedback Device on Structural Properties of Postural Sway”, J Neuroengineering Rehabil. , vol.2:13, 31 May 2005. M. Dozza, L. Chiari and F.B. Horak, “Audio-biofeedback improves balance in patients with bilateral vestibular loss”, Arch. Phys. Med. Rehab. , vol.86(7), pp. 1401-3, July 2005. L. Chiari, M. Dozza, A. Cappello, F.B. Horak, V. Macellari and D. Giansanti, “An accelerometry-based system for balance improvement using audio-biofeedback”, IEEE Trans. Biomed. Eng. , vol.52(12), December 2005. M. Dozza, F.B. Horak and L. Chiari, “Auditory Biofeedback Substitutes for Loss of Sensory Information in Maintaining Stance”, Exp. Brain Res. (in stampa), 2006. M. Dozza, L. Chiari, F. Hlavacka, F.B. Horak and A. Cappello, “Effects of Linear versus Sigmoid Coding of Visual or Audio Biofeedback for the Control of Upright Stance” IEEE Trans. Neur. Syst. Rehanb. Eng. (in stampa), 2006.