Analisi del movimento e dell'attività corticale tramite spettroscopia funzionale del vicino infrarosso (fNIRS) in un paradigma di realtà virtuale aumentata con stimolazione propriocettiva.

Abstract

Questo lavoro si inserisce nello studio sulla neuroriabilitazione basata sull'osservazione e l'imitazione del movimento, partendo dall'idea che le aree motorie interessate alla genesi di un task motorio, possano essere reclutate anche quando tale azione viene osservata grazie al sistema dei neuroni specchio. Su questo principio si fonda l'Action Observation Treatment (AOT), un approccio che utilizza il dualismo tra fasi di osservazione di sequenze motorie e la loro imitazione, con l'obiettivo di ricostruire circuiti legati alla memoria motoria. La novità dello studio sta nell'aver affiancato a questo trattamento la functional Near-Infrared Spectroscopy (fNIRS), ottenendo così informazioni sull’attività corticale. A questo si aggiunge una componente di vibrazione muscolo tendinea applicata ai muscoli del braccio, pensata per rendere l'esperienza visiva più veritiera e potenziare l'illusione di movimento; nasce così un ambiente ibrido, definito realtà virtuale aumentata con propriocezione (PAR), che si ipotizza possa aumentare il coinvolgimento sensorimotorio rispetto alla sola realtà virtuale. Lo studio richiama anche il funzionamento della spettroscopia nel vicino infrarosso come strumento per osservare l'attivazione corticale in modo non invasivo. Sul piano sperimentale, ogni partecipante ha preso parte a una sessione di osservazione, con successiva imitazione, di una sequenza motoria eseguita da un avatar umano virtuale. I movimenti dei partecipanti sono stati infine analizzati tramite tecniche di riconoscimento della postura e tracciamento del corpo, per ricavarne parametri cinematici utili al confronto statistico tra le diverse condizioni sperimentali.

This work is part of the study of neurorehabilitation based on the observation and imitation of movement, starting from the idea that the motor areas involved in the generation of a motor task can also be recruited when the action is observed, thanks to the mirror neuron system. This principle underlies Action Observation Treatment (AOT), an approach that combines phases of observing motor sequences with their subsequent imitation, with the aim of reconstructing circuits related to motor memory. The novelty of this study lies in combining this treatment with functional Near-Infrared Spectroscopy (fNIRS), thereby obtaining information on cortical activity. In addition, a muscle-tendon vibration component is applied to the arm muscles, designed to make the visual experience more realistic and enhance the illusion of movement. This gives rise to a hybrid environment, referred to as Proprioceptive Augmented Reality (PAR), which is hypothesized to increase sensorimotor engagement compared with virtual reality alone. The study also considers the functioning of near-infrared spectroscopy as a tool for non-invasively monitoring cortical activation. From an experimental perspective, each participant took part in an observation session, followed by imitation, of a motor sequence performed by a virtual human avatar. The participants' movements were finally analyzed using posture recognition and body-tracking techniques to obtain kinematic parameters suitable for statistical comparison between the different experimental conditions.