Analisi del contributo della corteccia motoria primaria ipsilaterale durante sequenze di movimenti di opposizione delle dita mediante piattaforma integrata fNIRS-guanto sensorizzato

Abstract

Questa attività di tesi triennale si inserisce nell’ambito della neurofisiologia dei sistemi motori. L’obiettivo era di studiare il contributo della corteccia motoria primaria (M1) ipsilaterale in relazione alle strategie motorie adottate durante l’esecuzione unimanuale di sequenze di opposizione delle dita di differente complessità e velocità. Attraverso l’impiego di una piattaforma integrata, che combina la spettroscopia funzionale nel vicino infrarosso (fNIRS) e il guanto sensorizzato Hand Test System (HTS), sono stati acquisiti contestualmente i dati emodinamici corticali (emoglobina ossigenata (HbO) ed emoglobina deossigenata (HbR)) e i parametri cinematici del movimento (Touch Duration (TD), InterTapping Interval (ITI), Movement Rate (RATE) e TD/ITI) su un campione di 19 volontari sani. Per compiere le operazioni di selezione dei dati è stato sviluppato un codice dedicato in ambiente MATLAB che ha permesso l'elaborazione dei dati grezzi acquisiti da HTS al fine di essere correlati con i dati emodinamici corticali. L’analisi dei dati ha evidenziato come l’attività di M1 ipsilaterale non dipenda in modo diretto dalla complessità teorica del compito o dalla frequenza di esecuzione del movimento, bensì dalla strategia motoria adottata per organizzare ed ottimizzare il gesto. Sulla base dei risultati ottenuti si è successivamente lavorato allo sviluppo di un’ipotetica sostituzione del sistema HTS con un nuovo sistema di acquisizione dei dati cinematici (MANUS Quantum Metagloves), al fine di progettare future architetture di analisi e neurofeedback in tempo reale.

The topic of this thesis deals with the neurophysiology of motor systems. The aim was to investigate the contribution of the ipsilateral primary motor cortex (M1) in relation to the motor strategies adopted during unimanual execution of finger-opposition sequences of different complexity and velocity. Using an integrated platform combining functional near-infrared spectroscopy (fNIRS) with the sensorized - Hand Test System (HTS) glove, cortical hemodynamic data (oxygenated hemoglobin (HbO) and deoxygenated hemoglobin (HbR)) and movement kinematic parameters (Touch Duration (TD), InterTapping Interval (ITI), Movement Rate (RATE), and TD/ITI) were simultaneously acquired from a group of 19 healthy volunteers. To carry out the data selection procedures, an ad hoc code was developed in the MATLAB environment, enabling the processing of the raw data acquired by HTS so that it could be correlated with the cortical hemodynamic data. Data analysis showed that ipsilateral M1 activity does not depend directly on the theoretical complexity of the task or on the movement execution velocity, but rather on the motor strategy adopted to organize and optimize the gesture. From all these findings, subsequent work focused on developing a hypothetical replacement of the HTS system with a new kinematic data acquisition system (MANUS Quantum Metagloves), with the aim of designing future real-time analysis and neurofeedback platforms.