Valutazione del controllo della forza dell'arto superiore in condizioni di isometria mediante tecniche di indagine multimodali.

Abstract

L’organizzazione corticale coinvolta nel controllo del movimento unimanuale rappresenta un ambito centrale della ricerca neuroscientifica, in particolare per quanto riguarda l’effetto del carico motorio sul coinvolgimento dei due emisferi. La presente tesi esplora l’attivazione della corteccia ipsilaterale durante contrazioni isometriche eseguite a diverse intensità di forza. Al protocollo sperimentale hanno partecipato 23 volontari destrimani, ai quali è stato richiesto di eseguire compiti di presa unimanuale (Hand-Grip) con entrambe le mani a due livelli di intensità, pari al 30% e al 70% della massima contrazione volontaria (MCV) individuale. L’acquisizione dei dati è stata effettuata mediante spettroscopia funzionale nel vicino infrarosso (fNIRS), al fine di mappare le aree sensorimotorie, premotorie e parietali, in parallelo con registrazioni elettromiografiche di superficie (EMG) dei muscoli dell’avambraccio. L’analisi del segnale EMG ha mostrato un incremento altamente significativo in funzione dell’intensità del carico e nessuna differenza tra arto dominante e no. I risultati ottenuti tramite fNIRS hanno evidenziato come l’attivazione della corteccia motoria primaria (M1) sia confinata all’emisfero controlaterale a basse intensità di forza, mentre si estenda anche all’emisfero ipsilaterale nella condizione ad alta intensità. Questo risultato è ulteriormente supportato dalla correlazione positiva osservata tra la forza esercitata e l’attività corticale ipsilaterale. In conclusione, i risultati dello studio supportano l’ipotesi di un coinvolgimento cooperativo interemisferico, con un ruolo crescente dell’emisfero ipsilaterale all’aumentare delle richieste motorie.

The cortical organization involved in the control of unimanual movement is a central area of ​​neuroscience research, particularly regarding the effect of motor load on the involvement of the two hemispheres. This thesis explores the activation of the ipsilateral cortex during isometric contractions performed at different force intensities. The experimental protocol involved 23 right-handed volunteers, who were asked to perform unimanual handgrip tasks with both hands at two intensity levels, equal to 30% and 70% of the individual's maximum voluntary contraction (MCV). Data acquisition was performed using functional near-infrared spectroscopy (fNIRS), in order to map sensorimotor, premotor, and parietal areas, in parallel with surface electromyography (EMG) recordings of forearm muscles. EMG signal analysis showed a highly significant increase as a function of load intensity and no difference between the dominant and non-dominant limbs. The results obtained using fNIRS showed that activation of the primary motor cortex (M1) is confined to the contralateral hemisphere at low force intensities, while it also extends to the ipsilateral hemisphere in the high-intensity condition. This result is further supported by the positive correlation observed between the force exerted and ipsilateral cortical activity. In conclusion, the study results support the hypothesis of interhemispheric cooperative involvement, with an increasing role of the ipsilateral hemisphere as motor demands increase.