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Alessandro Piras

Professore a contratto

Dipartimento di Scienze per la Qualità della Vita

Temi di ricerca

Parole chiave: fissazioni saccadi coordinazione oculo-manuale movimenti oculari sistema nervoso autonomo variabilità frequenza cardiaca

Ambiti di ricerca

  1. Cognizione, Movimenti Oculari e Comportamento Motorio. L'obiettivo di questo programma di ricerca è quello di capire in che modo la visione controlla e modula il comportamento motorio. La relazione tra percezione e movimento è determinante per la comprensione ed il controllo dell’attività motoria e, pertanto, è di estrema importanza un’opportuna acquisizione percettiva dell’ambiente esterno per riuscire ad eseguire, in modo corretto, il gesto motorio più adeguato. Emerge, quindi, che i processi percettivi e la loro influenza nelle attività cognitive e motorie svolgano un ruolo fondamentale nella vita di tutti i giorni e, a maggior ragione, nelle prestazioni sportive. Infatti, un atleta deve elaborare un gran numero di informazioni sensoriali per analizzare la specifica fase di gara e, dunque, riuscire a prevedere i movimenti del suo avversario per mettere in atto la risposta più opportuna nel più breve lasso di tempo; e/o modificare il suo gesto motorio adattandolo ai cambiamenti della situazione di gioco. A livello percettivo, gli atleti si distinguono dalle persone normali per la capacità di seguire gli elementi che si muovono velocemente e di imparare rapidamente come farlo in scene dinamiche molto complesse. Si tratta probabilmente di una capacità che l’essere umano ha acquisito nel corso dell’evoluzione e che, presentandosi in maniera spiccata negli atleti professionisti, consente loro di prevedere il movimento degli avversari ed evitare le collisioni negli sport di squadra. I movimenti oculari vengono da me studiati in situazioni sportive standardizzate, creando delle interazioni spaziali e temporali tra occhi e movimenti del corpo. Cerco di simulare situazioni sportive il più possibile vicine alla gara; o attraverso l’utilizzo di filmati (Piras et al. 2010) o in situazioni sportive reali (real-world task) dove atleti professionisti e non devono rispondere in un intervallo di tempo ristretto (Piras and Vickers 2011, Piras et al. 2014). Le variabili analizzate riguardano le interazioni spaziali e temporali tra coordinazioni oculo-manuale e oculo-podalica, differenza nel numero e nella durata delle fissazioni oculari e dei movimenti saccadici tra atleti d’elite e principianti; numero e durata delle fissazioni in particolari aree d’interesse, sequenza dei movimenti saccadici. Tutti fattori che permettono di ricostruire la strategia di ricerca visiva del soggetto esaminato. L’obiettivo di queste ricerche è quello di verificare l’ipotesi che l’esercizio possa migliorare la prestazione in funzioni visuo-motorie di base e, in particolare, possa modificare funzioni elementari come quelle coinvolte nella risposta motoria a stimoli visivi. Negli anni si è dimostrato che la percezione visiva consente ai grandi campioni di dare risposte sempre più adeguate in termini di velocità e precisione nei movimenti. Lo sport è essenzialmente un insieme di attività sensori-motorie in grado di coinvolgere le forme più evolute della percezione e dell’azione. Un portiere che cerca di intercettare una palla durante un calcio di rigore (11 m) che viaggia a 60 chilometri all'ora (17 m/s) deve valutare esattamente la distanza che lo separa da essa, in modo da essere in grado di intercettarla senza ritardi. A 17 m/s, ha un tempo di 0,64 s e tante informazioni visive da analizzare prima di raggiungere un lato o un altro della porta. Le gare si vincono o si perdono per queste differenze. Per questo motivo la funzione visiva, che è frutto di un lungo processo di apprendimento deve essere educata, migliorata, allenata. Dal punto di vista sportivo le principali domande che mi pongo sono: dove gli atleti prendono le informazioni specifiche e necessarie per vincere la gara? Quali informazioni leggono? Quali scartano? Dare delle risposte a queste domande potrebbe aiutare gli allenatori, dando loro utili informazioni per il miglioramento del lavoro e dei risultati.
  2.  Influenza dell’Optic Flow sull’attivazione dei muscoli posturali. Lo scopo di questo filone di ricerca è quello di verificare l’influenza dei vari stimoli di optic flow sulla muscolatura posturale in soggetti umani, utilizzando l’analisi stabilometrica (pedana di forza) ed elettromiografica (EMG di superficie). Gli obiettivi specifici sono quelli di verificare l’influenza dei vari stimoli di optic flow sulla muscolatura, analizzando le risposte posturali date dalla stimolazione del campo visivo centrale e periferico, approfondendo l’effetto della velocità degli stimoli di optic flow sull’attivazione della muscolatura stessa. La registrazione elettromiografica e stabilometrica avviene in concomitanza alla presentazione di stimoli visivi di optic flow. I soggetti si trovano di fronte ad uno schermo che copre completamente il loro campo visivo e le immagini vengono proiettate con l’ausilio di un videoproiettore collocato posteriormente allo schermo (retroproiezione). Questo primo obiettivo permetterà di individuare con precisione l’inizio dell’attivazione della muscolatura posturale attraverso l’EMG di superficie. Lo spostamento del COP in base ai diversi stimoli di optic flow sarà accertato mediante le pedane di forza. Questo consentirà di valutare qualitativamente e quantitativamente il body sway indotto dallo stimolo visivo. Inoltre, si potrà definire quale strategia motoria viene adoperata per ovviare alle perturbazioni dell’optic flow. L’analisi elettromiografica viene eseguita sia nel dominio del tempo (RMS) per ottenere informazioni sull’ampiezza del segnale e quindi indicazioni sui fenomeni fisiologici che hanno luogo nel muscolo durante una contrazione (es: affaticamento), sia nel dominio della frequenza (spettro di frequenza e frequenza mediana) attraverso la trasformata di Fourier. Questa ricerca produrrà dati rilevanti sul controllo neurofisiologico della postura e dei sistemi di controllo a feedback o feedforward del Sistema Nervoso Centrale per il mantenimento dell’equilibrio statico nell’uomo in diverse condizioni di stimolazione optic flow. Il Progetto di Ricerca è innovativo nel suo genere, in quanto prevede l’utilizzo combinato della stabilometria e dell’elettromiografia di superficie in soggetti umani durante la stimolazione visiva, fornendo informazioni complete circa il controllo posturale sotto l’influenza dell’optic flow. È noto infatti che a livello corticale vi è un’attivazione diversa a seconda del tipo di stimolo che si riceve. Da questa base neurofisiologica, si potranno produrre risultati rilevanti circa la valutazione dell’inizio dell’attivazione muscolare e le variazioni del COP durante le varie stimolazioni di optic flow. I risultati permetteranno di individuare e quantificare eventuali risposte date dai riflessi posturali visivi i quali inducono l’attivazione non solo della muscolatura posturale (muscoli addominali e degli arti inferiori) ma anche degli arti superiori e del collo. I risultati di queste ricerche potranno essere ampiamente utilizzati in campo riabilitativo in casi di deficit visivi, sia a carico della retina che della corteccia visiva, responsabili di modificazioni percettive che inducono modificazioni della postura. Inoltre, potranno essere di grande apporto in ambito sportivo per le strategie di allenamento percettivo/motorie.

  3.  Heart rate variability and Baroreflex sensitivity. La porzione del sistema nervoso che controlla le funzioni viscerali del corpo viene denominato sistema nervoso autonomico (SNA). Gli aggiustamenti autonomici non sono accessibili alla coscienza, e per questa ragione, questo sistema è chiamato involontario o sistema motorio neurovegetativo. Questo sistema influenza sia tonicamente che in maniera riflessa la pressione sanguigna, le resistenze vascolari periferiche, sia la frequenza cardiaca. La variabilità della frequenza cardiaca (HRV) e la sensibilità baroriflessa (BRS) sono dei fattori predittivi di rischio di morte cardiovascolare dopo infarto del miocardio. Recenti studi inoltre suggeriscono che la bassa variabilità cardiaca è associata con eventi cardiaci avversi in soggetti di mezza età. Atleti di endurance generalmente manifestano bradicardia la quale è mediata dall’allenamento mediante un incremento dell’influenza vagale sul cuore. L’allenamento aerobico incrementa in maniera positiva sia la variabilità cardiaca che la risposta baroriflessa anche in soggetti precedentemente sedentari, mostrando un effetto anti-fibrillatorio in eventi ischemici. L’obiettivo di questo ambito di ricerca è quello di studiare a 360° l’efficacia dell’esercizio fisico sulle risposte autonomiche cardiache e baroriflesse sia in soggetti allenati che in sedentari (Piras et al. 2015).