Argomenti di tesi proposti dal docente.
Proposta Tesi di laurea (Corso di Laurea Magistrale in Ingegneria Biomedica)
Il dual-task per la valutazione del controllo motorio: Valutazione oggettiva del carico mentale prodotto da compiti cognitivi (cognitive workload) in relazione al suo effetto sulle prestazioni motorie
Il controllo motorio, che ci permette di eseguire i compiti della vita quotidiana in diverse condizioni ambientali, è il risultato di un complesso meccanismo di apprendimento (a breve e lungo termine), integrazione ed elaborazione di segnali in ingresso (visivi, auditivi, propriocettivi) e attuazione (attivazioni muscolari) risultante dall’integrazione sinergica dei sistemi muscolo-scheletrico, sensoriale e cognitivo.
L’analisi del movimento umano mira a valutare in modo oggettivo e quantitativo il movimento umano non solo dal punto di vista meramente biomeccanico, ma anche della funzione motoria nella sua accezione più ampia, quindi cercando, tramite l’analisi della meccanica del gesto, di inferire le caratteristiche del controllo motorio sottostante.
In questo ambito, l’analisi di movimenti in dual-task(esecuzione concorrente di un compito cognitivo e uno motorio) è stata ampiamente utilizzata per valutare il controllo motorio in termini di riserve funzionali (e.g. il soggetto modifica la sua azione motoria per la sola richiesta cognitiva) e automaticità (a che livello si realizza il controllo del gesto considerato).
I risultati dell’analisi del movimento in dual-task posso essere molto difficili da interpretare o dare indicazioni discordanti, data l’assenza di un’effettiva standardizzazione e dell’oggettiva difficoltà di valutare oggettivamente il carico di lavoro cognitivo (‘cognitive workload’), che può essere molto diverso da soggetto a soggetto, a parità di carico/impegno richiesto dal compito biomeccanico oggetto di valutazione (e.g. postura, cammino).
Il ‘cognitive workload’ può essere definito come lo sforzo mentale necessario per lo svolgimento di uno specifico compito cognitivo, ovvero come le risorse attentive mobilitate dal soggetto durante l’esecuzione del task. Il carico cognitivo può essere valutato in termini quantitativi ed oggettivi attraverso l’analisi del segnale elettroencefalografico (EEG). Cambiamenti nel contenuto spettrale del segnale EEG in specifiche bande sembrano infatti riflettere il livello di carico cognitivo; ad esempio una diminuzione di potenza in banda alpha (8-13 Hz) e un incremento in banda theta (4-8 Hz) del segnale EEG sono stati suggeriti come indici del reclutamento di maggiori risorse attentive e di un aumentato carico di lavoro.
La presente proposta di tesi magistrale si propone di: i) Valutare oggettivamente (a partire dal segnale EEG) il cognitive workload associato a una serie di compiti cognitivi (guardare immagini, ascoltare musica, eseguire calcoli, leggere un testo su un cellulare) comunemente usati in dual-task per valutazione clinica e/o durante la vita quotidiana; ii) Quantificare (tramite l’elaborazione di misure da sensori inerziali e pedane di forza) sui medesimi soggetti l’ effetto di tali compiti cognitivi sull’esecuzione di compiti motori di riferimento per l’analisi del movimento (cammino e postura statica), comunemente utilizzati per la valutazione clinica. Lo scopo finale è duplice: da un lato valutare oggettivamente l’effetto del dual-task potendo normalizzare anche il workload cognitivo, dall’altro, cercare di formulare una proposta per la standardizzazione dell’analisi del dual-task.
La proposta ipotizza quindi lo svolgimento di 2 tesi sperimentali in collaborazione:
1) Revisione della letteratura recente su misure estratte dal segnale EEG come indici del livello di cognitive workload; acquisizione del segnale EEG in soggetti volontari durante diversi task cognitivi, quali calcoli a mente, ascolto di brani musicali, ascolto di conversazioni ed altri. Le acquisizioni verranno effettuate con il soggetto seduto e fermo (condizione ‘solo task cognitivo’), in modo che il segnale EEG così acquisito rifletta esclusivamente l’attività cerebrale associata all’esecuzione del task cognitivo. I segnali EEG verranno elaborati per l’estrazione di indicatori di cognitive workload e identificazione, per ciascun soggetto acquisito, del task cognitivo che comporta il maggior carico di lavoro.
2) Revisione della letteratura sull’utilizzo del dual-task in analisi del movimento per cammino e postura statica; acquisizione sugli stessi soggetti di (1) mediante sensori inerziali, di segnali di accelerazione e velocità angolari mentre eseguono la sola attività di cammino (condizione di ‘solo task motorio’) e l’attività di cammino accompagnata da ciascuno dei task cognitivi a loro precedentemente somministrati (condizioni di ‘dual-task’), mediante sensori inerziali e pedana di forza della cinematica del centro di pressione e di massa durante postura statica semplice (condizione di ‘solo task motorio’) e in dual-task. Dai segnali così acquisiti verranno estratti indici di performance, variabilità e stabilità motoria, per caratterizzare il cammino e la postura in condizione ‘basale’ (‘solo task motorio’) e nelle varie condizioni ‘dual task’ e rilevarne le differenze.
1) e 2) Sfruttando la quantificazione (soggetto-specifica) del workload di ciascun task cognitivo ottenuta in condizione ‘solo task cognitivo’, verranno individuate e descritte le relazioni esistenti tra entità del cognitive workload e modificazioni degli indici motori del cammino nelle varie condizioni ‘dual task’ per ciascuno dei soggetti esaminati. Ciò potrà contribuire a chiarire i meccanismi neurali alla base del controllo motorio e l’interazione tra processi cognitivi e motori e permettere di formulare una possibile proposta di standardizzazione dell’analisi in dual-task.
Per informazioni rivolgersi a
Prof. Rita Stagni ( [mailto:rita.stagni@unibo.it])
Prof. Elisa Magosso ( [file:///C:/Elisa/didattica/elisa.magosso@unibo.it])
