Calcolo della Coerenza Intermuscolare Durante un Compito di Raggiungimento Funzionale

Abstract

La coerenza intermuscolare (IMC) misura la sincronizzazione di coppie di muscoli, riflettendo il coordinamento neurale durante il movimento. La ricerca sull'influenza dei dispositivi robotici su questi pattern è ancora limitata, soprattutto per quanto riguarda l'interazione uomo-robot. In questo studio, l'esoscheletro per l'arto superiore FLOAT, sviluppato dall'Istituto Italiano di Tecnologia (IIT, Genova), è stato utilizzato per indagare le variazioni dell'IMC durante compiti di raggiungimento assistiti e non assistiti. Venti partecipanti sani (età media: 31±6 anni; 10 femmine, 10 maschi) hanno eseguito compiti di raggiungimento verso nove bersagli in tre condizioni sperimentali: movimento non assistito, assistenza robotica a basso livello e assistenza robotica ad alto livello. Le registrazioni EMG sono state ottenute da 16 muscoli dell'arto superiore durante l'esecuzione dei compiti. L'IMC nella banda beta è stata calcolata tra sei coppie di muscoli agonisti-antagonisti mediante tecniche di analisi spettrale. Sono state applicate analisi statistiche non parametriche, tra cui il test di Friedman e confronti post-hoc con il test di Wilcoxon, con correzione per confronti multipli tramite il metodo della false discovery rate (FDR). L'assistenza robotica ha determinato riduzioni dell'IMC in tutte le coppie muscolari esaminate rispetto alle condizioni non assistite, con effetti equivalenti tra i due livelli di assistenza e nessuna differenza statisticamente significativa tra essi. Questi risultati indicano che anche un'assistenza minima può indurre cambiamenti sostanziali nel coordinamento, suggerendo che la semplice presenza del supporto robotico, piuttosto che la sua intensità, determini alterazioni nei pattern di controllo neuromuscolare. La comprensione di tali effetti è importante per migliorare la terapia e favorire il recupero motorio in riabilitazione.

Intermuscular coherence (IMC) measures the synchronization of muscle pairs, reflecting neural coordination during movement. Research on how robotic devices affect these patterns is still limited, especially regarding human-robot interaction. In this study, the FLOAT upper-limb exoskeleton developed by the Italian Institute of Technology (IIT, Genoa) was utilized to investigate changes in intermuscular coherence (IMC) during assisted and unassisted reaching tasks. Twenty healthy participants (mean age: 31±6 years; 10 females, 10 males) completed reaching tasks toward nine targets under three experimental conditions: unassisted movement, low-level robotic assistance, and high-level robotic assistance. EMG recordings were obtained from 16 upper-limb muscles during task execution. The study aimed to quantify the modulation patterns of IMC and determine how different magnitudes of assistance affect the values of intermuscular coherence. Beta-band IMC was calculated between six agonist-antagonist muscle pairs using spectral analysis techniques. Non-parametric statistical analyses were applied, including Friedman tests and Wilcoxon signed-rank post-hoc comparisons, due to non-normal data distributions, with multiple comparison correction performed using the false discovery rate (FDR) method. Robotic assistance resulted in reductions in IMC across all examined muscle pairs compared to unassisted conditions. Both low and high assistance levels produced equivalent effects, with no statistically significant differences detected between them. These results indicate that even minimal assistance can induce substantial coordination changes, suggesting that the mere presence of robotic support, rather than its intensity, drives alterations in neuromuscular control patterns. Understanding these effects is important for improving therapy and fostering motor recovery in rehabilitation.