Approfondimenti neurofunzionali sulla realtà virtuale aumentata dalla propriocezione: correlati corticali studiati mediante imaging ottico portatile

Abstract

Questa tesi indaga gli effetti dell'integrazione della realtà virtuale immersiva (VR) con la stimolazione propriocettiva sulla riproduzione motoria, l’embodiment e l’attività corticale in soggetti sani. L’obiettivo è esaminare come un approccio multisensoriale moduli l’apprendimento motorio, la pianificazione del movimento e l’autopercezione corporea. La ricerca include due studi: uno comportamentale e uno pilota di neuroimaging. Nello studio comportamentale, i partecipanti hanno imitato movimenti osservati in un ambiente virtuale con stimolazione propriocettiva (PAR) o con la sola VR. I risultati hanno mostrato un effetto dipendente dal compito. Durante l’imitazione offline, la stimolazione propriocettiva ha ridotto gli errori di riproduzione, suggerendo un miglioramento delle rappresentazioni motorie e dell’apprendimento. Al contrario, durante l’imitazione online, la PAR ha portato a errori più elevati rispetto alla VR, probabilmente per interferenza con la pianificazione motoria in tempo reale. Inoltre, la stimolazione propriocettiva ha aumentato il senso soggettivo di embodiment, includendo ownership, agency e body localization. Il secondo studio ha utilizzato la spettroscopia funzionale nel vicino infrarosso (fNIRS) per analizzare le risposte emodinamiche corticali durante osservazione e imitazione del movimento. I risultati hanno mostrato una maggiore attivazione di L-BA44 e L-BA43 in PAR rispetto alla VR, indicando un maggiore coinvolgimento della rete sensomotoria. In conclusione, l’integrazione della stimolazione propriocettiva con la realtà virtuale appare promettente per la riabilitazione neurologica, supportando apprendimento motorio, embodiment e plasticità corticale e favorendo il recupero funzionale.

This thesis investigates the effects of integrating immersive virtual reality (VR) with proprioceptive stimulation on motor reproduction, embodiment, and cortical activity in healthy subjects. The main objective is to examine how a multisensory approach modulates motor learning, movement planning, and bodily self-perception. The research includes two complementary studies: a behavioral and a pilot neuroimaging study. In the behavioral study, participants imitated movements observed in a virtual environment with proprioceptive stimulation (PAR) or with VR alone. Results showed a task-dependent effect. During offline imitation, where movements were reproduced after observation, proprioceptive stimulation reduced reproduction errors, suggesting that multisensory integration enhances internal movement representations and motor learning. In contrast, during online imitation, where observation and execution occurred simultaneously, PAR led to higher errors than VR alone, likely due to interference between artificial proprioceptive feedback and real-time motor planning. Additionally, proprioceptive stimulation significantly increased the subjective sense of embodiment, including ownership, agency, and body localization. The second study employed functional near-infrared spectroscopy (fNIRS) to investigate cortical hemodynamic responses during movement observation and imitation. The results revealed that PAR elicited greater activation of L-BA44, associated with imitation and the mirror neuron system, and LBA-43, the primary somatosensory cortex, compared to VR alone. This suggests that proprioceptive stimulation enhances sensorimotor network engagement by reinforcing the sensory component of movement. In conclusion, integrating proprioceptive stimulation with virtual reality appears promising for neurological rehabilitation, supporting motor learning, embodiment, and cortical plasticity, and improving functional recovery.