Valutazione dell’attività e della dinamica corticale mediante spettroscopia funzionale nel vicino infrarosso (fNIRS) durante compiti di reaching

Abstract

Nell’ambito delle neuroscienze, i fenomeni di apprendimento motorio rappresentano un argomento di ricerca molto indagato. La presente tesi esplora l’attività e la dinamica corticale attraverso la spettroscopia funzionale nel vicino infrarosso (fNIRS) durante un compito di reaching con l’arto superiore. Al protocollo sperimentale hanno partecipato 24 volontari sani e destrimani, ai quali è stato chiesto di eseguire compiti di reaching in due differenti condizioni. La prima condizione prevedeva la comparsa di target in ordine casuale (condizione random, RND), mentre nella seconda condizione i target apparivano secondo un ordine fisso (condizione antiorario, CCW). L’analisi ha mostrato dati comportamentali coerenti con quanto presente in letteratura, che rivelano una diminuzione del tempo di partenza e un aumento del tempo di esecuzione al progredire dei trial nella condizione CCW, a indicare un fenomeno di apprendimento della sequenza. Nella condizione RND, invece, il tempo di partenza è rimasto sostanzialmente costante poiché, non essendo l’ordine prevedibile, non era possibile anticipare il movimento. Si è invece osservata una lieve diminuzione del tempo di esecuzione a dimostrazione di un affinamento del movimento dovuto alla pratica. I risultati fNIRS hanno evidenziato un’ottimizzazione corticale in risposta all’ottimizzazione motoria, con un’attivazione statisticamente maggiore in diverse aree corticali nella condizione random e soprattutto negli ultimi trial. Questo risultato è ulteriormente supportato dalla correlazione tra i parametri comportamentali e corticali durante la condizione CCW, per cui abbiamo concluso che l’apprendimento motorio è legato anche a un cambiamento corticale di ottimizzazione.

In the neuroscience field, motor learning phenomena represent a widely investigated research topic. This thesis explores cortical activity and dynamics through functional near-infrared spectroscopy (fNIRS) during an upper-limb reaching task. Twenty-four healthy, right-handed volunteers took part in the experimental protocol and were asked to perform reaching tasks under two different conditions. The first condition involved targets appearing in random order (random condition, RND), while in the second condition targets appeared according to a fixed order (counterclockwise condition, CCW). Behavioral results aligned with the existing literature, revealing a decrease in onset time and an increase in movement time as trials progressed in the CCW condition, indicating a sequence learning phenomenon. In the RND condition, by contrast, onset time remained essentially constant, since the unpredictable order made it impossible to anticipate the movement. A slight decrease in movement time was observed, demonstrating a refinement of movement due to practice. The fNIRS results revealed cortical optimization in response to motor optimization, with statistically greater activation in several cortical areas in the random condition, particularly during the final trials. This result is further supported by the correlation between behavioral and cortical parameters during the CCW condition, leading us to conclude that motor learning is also linked to an optimizing cortical change.