Riabilitazione e valutazione di pazienti con deficit neurologici mediante l'utilizzo di realtà virtuale, feedback aumentati, sensori inerziali e tecnologie video a basso costo.

La neuroriabilitazione è un processo attraverso cui individui affetti da patologie neurologiche mirano al conseguimento di un recupero completo o alla realizzazione del loro potenziale ottimale benessere fisico, mentale e sociale. Elementi essenziali per una riabilitazione efficace sono: una valutazione clinica da parte di un team multidisciplinare, un programma riabilitativo mirato e la valutazione dei risultati conseguiti mediante misure scientifiche e clinicamente appropriate. Obiettivo principale di questa tesi è stato sviluppare metodi e strumenti quantitativi per il trattamento e la valutazione motoria di pazienti neurologici. I trattamenti riabilitativi convenzionali richiedono a pazienti neurologici l’esecuzione di esercizi ripetitivi, diminuendo la loro motivazione. La realtà virtuale e i feedback sono in grado di coinvolgerli nel trattamento, permettendo ripetibilità e standardizzazione dei protocolli. È stato sviluppato e valutato uno strumento basato su feedback aumentati per il controllo del tronco. Inoltre, la realtà virtuale permette l’individualizzare il trattamento in base alle esigenze del paziente. Un’applicazione virtuale per la riabilitazione del cammino è stata sviluppata e testata durante un training su pazienti di sclerosi multipla, valutandone fattibilità e accettazione e dimostrando l'efficacia del trattamento. La valutazione quantitativa delle capacità motorie dei pazienti viene effettuata utilizzando sistemi di motion capture. Essendo il loro uso nella pratica clinica limitato, una metodologia per valutare l’oscillazione delle braccia in soggetti parkinsoniani basata su sensori inerziali è stata proposta. Questi sono piccoli, accurati e flessibili ma accumulano errori durante lunghe misurazioni. È stato affrontato questo problema e i risultati suggeriscono che, se il sensore è sul piede e le accelerazioni sono integrate iniziando dalla fase di mid stance, l’errore e le sue conseguenze nella determinazione dei parametri spaziali sono contenuti. Infine, è stata presentata una validazione del Kinect per il tracking del cammino in ambiente virtuale. Risultati preliminari consentono di definire il campo di utilizzo del sensore in riabilitazione.

The Effect of Metronome Pacing on Gait in Healthy Subjects

The complex process of gait is rendered partially automatic by central pattern generators (CPGs). To further our understanding of their role in gait control in healthy subjects, we applied a paradigm of anti-phase, or syncopated, movement to gait. To provide a context for our results, we reviewed the literature on in-phase, or synchronized, gait. The review results are as follows. Auditory cueing increased step/stride rate for older subjects, but not younger. Stride rate variability decreased for younger subjects, perhaps because the metronome’s cue acted as a temporal ‘anchor point’ for each step. Step width increased in half of the treadmill studies, but none of the overground ones, suggesting a cumulative effect of the attentional demands of synchronizing gait while on a treadmill. Time series analysis revealed that the α exponent was the most sensitive parameter reported, decreasing toward anti-persistence in almost all cued-gait studies. This project compares in-phase (IN) and anti-phase gait (ANTI) in young and old healthy subjects. We expected gait to be less disrupted during ANTI trials at preferred speed, when the facilitating effect of CPGs would be strongest. The measures step time variability, jerk index, and harmonic ratio quantified gait perturbation: none indicated that ANTI was easiest at preferred walking speed. Surprisingly, the gait of older subjects was no more perturbed than that of younger subjects. When they successfully matched the pace of the beat, they unwittingly synchronized to it. The temporal relationship of their steps to the beat was the same in the IN and ANTI conditions. Younger subjects, visibly struggling during ANTI trials, were able to walk in syncopation. This result suggests that cognitive resources available only to the younger group are required to resist synchronizing to the beat.