Gli obiettivi di questo capitolo sono molteplici e possono essere riassunti come la presentazione della fase operativa dello studio. La prima parte sarà dedicata alla presentazione del protocollo implementato; verranno quindi presentate le operazioni svolte durante la fase di implementazione e sviluppo dello protocollo di studio proposto. La seconda fase verrà invece dedicata alla descrizione puntuale e matematicamente rigorosa degli algoritmi utilizzati nello studio. Verranno proposti due differenti metodi di elaborazione in grado di descrivere le caratteristiche dei cambiamenti, rilevabili attraverso l’analisi di un tracciato elettroencefalografico, imputabili all’instaurarsi del fenomeno dell’adattamento motorio. L’ultima parte del capitolo verrà dedicata alla presentazione di parametri aventi lo scopo di descrivere quantitativamente i segnali risultanti dalle diverse modalità di elaborazione proposte.
4.1-PROTOCOLLO
L’esperimento consiste nella ripetizione di 180 movimenti di pointing al variare delle condizioni esterne. Durante ogni ripetizione, al soggetto, seduto davanti ad un monitor touch-screen , viene presentata una sequenza di stimoli visivi. La sequenza di stimoli si ripete ad ogni prova. Il primo stimolo visivo è un mirino (CUE), alla comparsa del quale al soggetto viene richiesto di pensare al movimento di pointing da eseguire (fase di pianificazione del movimento)(Fig. 4.1). Durante questa fase il soggetto non deve compiere alcun movimento. Solamente alla comparsa del secondo stimolo visivo, un cerchio pieno (TARGET) nella stessa posizione spaziale del cue, il soggetto deve eseguire il movimento, andando a toccare il centro di tale cerchio, e ritornare nella posizione di partenza (fase di esecuzione del movimento). Il movimento deve essere eseguito alla massima velocità possibile. Il tocco nel centro del target non deve però avvenire con il dito del soggetto, bensì con una bacchetta posizionata lungo il dito indice del soggetto stesso, avente lunghezza maggiore di quest’ultimo. Al soggetto inoltre viene bloccata
l’articolazione del polso, attraverso l’applicazione di un tutore rigido (ortesi), che ne impedisce ogni movimento. Al termine della fase di esecuzione del movimento, al soggetto è mostrato un segnale video di feedback indicante la performance del suo gesto motorio (ovvero sullo schermo compare un punto rosso indicante il punto di tocco sullo schermo, oltre ad un messaggio di successo/insuccesso espresso in percentuale basato sulla distanza tra il centro del target e il punto di tocco del soggetto). Inviare un segnale di feedback al termine della prova incrementa la motivazione del soggetto sottoposto al test incentivandolo a migliorare la propria performance nelle ripetizioni successive (Wei et al. 2008).
Fig. 4.1- Sequenza di sviluppo del protocollo (da sinistra verso destra). Durante il test tale sequenza verrà ripetuta 153 volte.
Alla conclusione dei passaggi appena descritti ha inizio una nuova prova, costituita dalla stessa sequenza di stimoli visivi. La posizione di comparsa sullo schermo del cue, e di conseguenza anche del target, non si mantiene fissa per tutta la durata del test, ma varia casualmente, potendo assumere cinque differenti posizioni spaziali. (Fig. 4.2)
Fig. 4.2- il rettangolo nero rappresenta lo schermo, mentre i cerchi rappresentano le 5 posizioni spaziali di apparizione del cue e del target. La sequenza delle posizioni di comparsa è casuale.
Per evitare fenomeni di anticipazione e predizione durante lo svolgimento del test, l’istante di comparsa del cue può variare casualmente tra 1000ms e 2000ms dall’inizio della prova, mentre l’intervallo temporale tra la comparsa del cue e la comparsa del target varia anch’esso casualmente tra 1500ms e 2000ms. Il target rimane visualizzato sullo schermo per 2000ms. Entro questo intervallo di tempo il soggetto deve eseguire il movimento e di conseguenza toccare lo schermo, pena l’insuccesso della prova. La durata totale di ogni prova è di 8000ms. (Fig. 4.3)
Fig. 4.3- vengono raffigurati gli istanti temporali di comparsa degli stimoli visivi.
L’intervallo tra due eventi consecutivi è un parametro estremamente importante per ottenere la rilevazione di misure accurate. E’ noto infatti come i cambiamenti legati ad un
evento (in questo studio rispetto a stimoli visivi) rilevabili analizzando il tracciato elettroencefalografico necessitino di tempo sia per svilupparsi che per terminare, specialmente quando i ritmi in banda alfa sono coinvolti in tali modificazioni. E’ quindi raccomandabile implementare protocolli aventi intervalli tra gli eventi adeguati allo studio previsto; per studi di movimento volontario degli arti è raccomandabile un intervallo di circa 7s tra due eventi consecutivi.
Il software di stimolazione appena descritto è sincronizzato con il poligrafo, che rileverà i tracciati dell’attività elettrica cerebrale e muscolare, al fine di inviare contestualmente informazioni temporali (trigger) circa l’istante di comparsa del cue e del target.
L’esperimento viene diviso in tre sessioni di 60 movimenti ciascuna, separate tra loro da momenti di riposo. Ciò permette lo studio di eventuali fenomeni di adattamento a brevissimo termine, oltre a permetterci di modificare le condizioni esterne sotto le quali il soggetto deve eseguire il movimento. La prima sessione prevede l’esecuzione libera del gesto motorio, vale a dire nessuna forza si oppone al movimento. Le ultime due sessioni vengono eseguite ancorando il polso ad un supporto fisso tramite bande elastiche al fine di reiterare il processo di adattamento, essendo richiesto un diverso atto motorio, tale da vincere la forza di richiamo elastico esercitata dalla banda elastica che si oppone al movimento. Per queste ultime sessioni vengono utilizzate due differenti bande elastiche aventi caratteristiche visco-elastiche tra loro differenti, dove la banda elastica utilizzata per l’ultima sessione di allenamento genera una forza di opposizione al movimento maggiore rispetto alla forza generata dalla banda elastica applicata nella seconda sessione d’allenamento. In seguito le tre sessioni verranno denominate attrezzi, intendendo come primo attrezzo il movimento libero e come secondo e terzo attrezzo il movimento con l’applicazione della banda elastica. Come già descritto ogni attrezzo è la ripetizione di 60 movimenti eseguiti rispetto alla stessa condizione esterna. Per ogni attrezzo è possibile individuare una prima fase di apprendimento iniziale, seguita da una fase di apprendimento intermedio ed un’ultima di apprendimento tardivo (mantenimento). La fase di adattamento iniziale coincide con le prime 20 ripetizioni, la fase di adattamento intermedio con le seconde 20, e la fase di adattamento tardivo con le ultime 20. (Fig. 4.4).
Fig. 4.4- Rappresentazione grafica della suddivisione in differenti sessioni del protocollo di studio. I riquadri indicano i periodi (iniziale (blu) /intermedio (rosso) /tardivo (verde)) in cui è suddiviso ogni attrezzo (60 ripetizioni per ogni attrezzo).
Come già specificato, l’obiettivo del test è quello di verificare l’instaurarsi del processo di adattamento motorio a seguito di una sessione di allenamento consistente in esercizi di pointing. E’ quindi di fondamentale importanza obbligare il soggetto a svolgere tale compito attraverso l’attivazione dei soli muscoli dell’arto superiore, riducendo il naturale aiuto fornito dai movimenti di flesso-estensione del tronco. Per raggiungere tale obiettivo si è ancorato il soggetto allo schienale della sedia attraverso l’applicazione di una fascia rigida tra il petto del soggetto e lo schienale della sedia. La posizione relativa tra la seduta e lo schermo è proporzionale alla lunghezza del braccio destro del soggetto (pari al 95% della distanza tra acromion e dito indice).
La durata totale dell’esperimento è di circa 30 minuti.
Durante l’esperimento vengono acquisiti i seguenti canali: EEG multi-canale, EMG multi- canale, cinematica del movimento.