Sviluppo di una piattaforma di neurofeedback fNIRS per la modulazione dell’attività della corteccia motoria tramite sequenze di movimenti delle dita e analisi della stabilità dinamica del segnale emodinamico.

Abstract

Il neurofeedback è un metodo di auto-neuromodulazione che consente al cervello di riconoscere la propria attività e di modificarla gradualmente, inducendo neuroplasticità. In quest’ambito, questo studio sperimentale è stato progettato per dimostrare tre ipotesi: l’efficacia della riduzione dell’attività motoria ipsilaterale attraverso l’allenamento di neurofeedback, il ruolo dell’interfaccia virtuale nel consentire il miglior controllo dell’attività motoria e la possibilità di individuare la durata ottimale dell’allenamento monitorando la stabilità del sistema emodinamico. I 26 partecipanti sani sono stati suddivisi in due gruppi di analisi. Il gruppo Termometro ha usato un’interfaccia di neurofeedback tradizionale mentre il gruppo Mano ha usato un’interfaccia più realistica. Le prestazioni motorie di ciascun partecipante sono state valutate in 4 condizioni di compiti di finger tapping della mano destra con un guanto ingegnerizzato, prima e dopo l’allenamento di neurofeedback. Nella fase di training, ai partecipanti è stato richiesto di lateralizzare l’attività della M1 mostrata sull’interfaccia mentre eseguivano una semplice sequenza di finger tapping. Durante l’intero esperimento l’attività emodinamica corticale è stata registrata mediante un dispositivo fNIRS. I risultati statistici hanno mostrato lo scenario atteso. L’allenamento di neurofeedback con l’interfaccia realistica ha indotto una riorganizzazione funzionale: una riduzione significativa dell’attività ipsilaterale in M1 e un aumento della lateralizzazione emisferica. Infatti, questo effetto positivo è stato trasferito a condizioni più complesse rispetto a quella allenata. L’apprendimento avvenuto è supportato dall’analisi della stabilità emodinamica, quantificata attraverso la misura dell’esponente di Lyapunov.

Neurofeedback is a self-neuromodulation method which allows the brain to recognize its activity and change it gradually inducing neuroplasticity. In this context, this experimental study was designed to demonstrate three hypotheses: the effectiveness of the ipsilateral motor activity reduction through neurofeedback training, the virtual interface leading to the best control of motor activity and the detection of the optimal training duration by monitoring the stability of hemodynamic system. The 26 healthy participants were divided into two groups of analysis. The Thermometer group used a traditional neurofeedback interface while the Hand group used a more realistic interface. Each participant’s motor performance was tested during 4 conditions of right-hand finger tapping tasks with an engineered Glove, before and after the neurofeedback training. In the training phase the participants were instructed to lateralized their M1 activity shown on the interface while performing simple sequence finger tapping task. During the entire experiment the cortical hemodynamic activity was recorded with an fNIRS device. The statistical results showed the expected scenario. The neurofeedback training with the realistic interface induced functional reorganization: significant reduction in the ipsilateral M1 and increased hemispheric lateralization. Indeed, this positive effect was transferred to more complex conditions than the trained one. The occurred learning was supported by the hemodynamic stability analysis quantified through the Lyapunov exponent measure.