Mirko Grimaldi Barbara Gili Fivela Universitàdel Salento. PDF created with pdffactory trial version

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1 Mirko Grimaldi Barbara Gili Fivela Universitàdel Salento

2 Principali caratteristiche Copresenza di strumentazione diversificata e altamente sofisticata; Questa tipologia di strumenti identifica due aree di ricerca interconnesse fra loro: Lo studio della natura acustico-uditiva uditiva e articolatorio- aerodinamica del linguaggio e la sua relazione con le proprietà mentali dei suoni. Lo studio, con tecniche moderne, dell organizzazione cerebrale del linguaggio, in special modo rispetto all antico antico problema delle basi biologiche del linguaggio.

3 Ne consegue che il CRIL Èil luogo ideale per individuare spazi di ricerca di confine, non ancora ben delineati fra discipline: linguistiche, mediche, e ingegneristiche che pur partendo da presupposti e tradizioni diverse sono interessate a studiare la natura del linguaggio verbale umano (anche a livello patologico). Questa vocazione a un approccio interdisciplinare dovràportare: q A sviluppare un modello coerente del processo di produzione e percezione del linguaggio; q A scoprire i primitivi neurali che giocano un ruolo nella percezione e produzione del linguaggio. q A formulare una teoria neurale del linguaggio che spieghi come avvengono le computazioni linguistiche nel cervello.

4 Strumenti Neuroscienze Stimolazione Magnetica Transcranica ripetitiva (rtms) Elettroencefalografia Elettromiografia Potenziali evento-correlati (ERPs) Eye Tracker Software di navigazione stereotassica Software di presentazione degli stimoli Fonetica e fonologia Camera insonorizzata Software and hardware per analizzare le caratteristiche acustiche del parlato Laryngografo Analisi relative al flusso d aria Indagini dei movimenti della lingua con ultrasuoni Articulografo -3D Elettropalatografo

5 Neuroscienze Stimolazione Magnetica Transcranica (TMS): Un generatore di corrente di elevata intensità e un coil mobile posto a diretto contatto dello scalpo del paziente. Il generatore produce un campo elettrico che viene veicolato lungo la sonda. Il campo elettrico a sua volta produce un campo magnetico che ha la proprietà di poter passare attraverso le strutture dello scalpo in modo indolore e raggiungere le strutture cerebrali sottostanti, in particolare la corteccia cerebrale, modificandone l attività elettrica.

6 Stimolazione Magnetica Transcranica In clinica neurologica è uno strumento diagnostico: alterazione della funzionalità di diverse strutture nervose; consente di stabilire se esistano delle lesioni di diversa natura (infiammatoria, ischemica, compressiva, tumorale) lungo la via motoria. Pazienti affetti da patologia neurologica che venivano sottoposti a TMS a fini diagnostici e che presentavano associato un disturbo del tono dell umore (depressione) possono presentare un miglioramento del quadro depressivo.

7 StimolazioneMagnetica Transcranica La TMS sia a singolo stimolo che ripetitiva viene utilizzata nell uomo sano anche per studiare le funzioni cognitive: per capire se una data area cerebrale ècruciale per un determinato compito cognitivo: parlare, sentire, elaborareconcetti, ecc. in base alla funzione cognitiva studiata ed ai parametri di stimolazione utilizzati - frequenza, durata, intensità di stimolazione e sito -la TMS può sia attivare che disattivare una determinata funzione cognitiva. meglio di quanto avvenga con la MEG, la PET e la fmri la rmts, con la TMS si può capire se un area coinvolta durante l espletamento di una attività cognitiva è esclusivamente deputata a quella determinata attività. In letteratura sono presenti alcuni lavori che dimostrano come la TMS possa migliorare alcune funzioni cognitive o possa servire come trattamento complementare per alcune patologie, quali negligenza spaziale unilaterale, afasia, e recentemente anche per i disturbi del linguaggio provocati dal morbo di Alzheimer.

8 Potenziali evocati ed evento-correlati (ERPs) La registrazione dell attività elettrica cerebrale èuno dei modi a disposizione per collegare alcuni eventi fisici alle dinamiche dei processi cognitivi: quando un soggetto, per esempio, riceve stimoli uditivi, visivi, ecc. In particolare: La registrazione del potenziale evocato è un estrazione selettiva del segnale elettroencefalografico che si registra in seguito a stimolazione sensoriale. Si può così seguire nel tracciato la risposta elettrica del cervello agli eventi esterni: i potenziali evento-correlati.

9 ERPs Gli ERPs riflettono l attività sincrona (nel tempo) di un ampio numero di neuroni che rispondono alla presentazione di uno stimolo e che sono coinvolti nella sua elaborazione. La registrazione di un potenziale evocato ha inizio circa 100 ms prima della presentazione dello stimolo e termina all incirca 1000ms dopo la variazione che viene registrata. Tale variazione è molto piccola e per rendere più facile la sua individuazione ènecessario estrarre il segnale dal rumore di fondo, ad esempio con la tecnica averaging.

10 Le componenti che compongono un ERPs vengono distinte in Negative o Positive a seconda se il picco èrivolto verso l alto o verso il basso e la latenza viene indicata con un numero. Violazioni del significato: N Ho messo i nuovi libri nella biblioteca 2. *Ho mangiato i nuovi libri nella biblioteca La parola semanticamente inattesa dà luogo ad una negatività con picco 400msec dopo l evento.

11 Violazioni sintattiche e rianalisi della frase: P Gli amici hanno telefonato alle cinque 2. * Gli amici ha telefonato alle cinque Una violazione morfosintattica, per es. dell accordo soggetto- verbo, mostra una positività con picco a 600msec dopo l evento.

12 Elettromiografia applicata allo studio del linguaggio L elettromiografia è un esame molto utilizzato in neurologia (in quanto complementare a risonanza, ecografia, ecc.). Scopo dell EMG è lo studio dell attività motoria muscolare controllata dai neuroni attraverso le terminazioni nervose. Con questa tecnica si possono studiare le contrazioni delle fibre muscolari coinvolte nel dare forma particolare all apparato fonatorio durante il processo di fonazione.

13 In genere si analizza la durata complessiva della contrazione muscolare oppure si osserva la fase iniziale o finale della contrazione rispetto agli altri muscoli coinvolti o al tipo di suono prodotto. Parametri importanti sono l intensità della contrazione, la velocità, e così via. Alcuni muscoli facciali Un importante prospettiva di studio riguarda la relazione fra i processi di contrazione delle fibre muscolari e i fenomeni che avvengono a livello fonetico e fonologico, soprattutto nei pazienti affetti da afasie, balbuzie, ecc.

14 Studio dei movimenti oculari Lo studio dei movimenti oculari ha contribuito a far luce sulle attività cognitive umane in numerosi campi. I movimenti oculari di un soggetto ci possono dire esattamente dove egli sta guardando, cosa sta osservando e per quanto tempo. Sulla base di queste premesse si può affermare che l analisi dei movimenti oculari può essere proficuamente utilizzata negli studi riguardanti l attenzione visiva, l esplorazione, la lettura, ecc. E questi fatti possono essere sistematicamente correlati con l attività cerebrale compiuta in relazione a quella particolare attività cognitiva.

15 Studio dei movimenti oculari Il CRIL dispone di sistema a raggi infrarossi per lo studio dei movimenti oculari e saccadici, con ottiche remote, controllo di inquadratura ed inclinazione (funzionante a 120, 240, e 360Hz). Il sistema consente al soggetto una libertà di movimento della testa di circa 30 cm quadrati, eliminando la necessità di utilizzare sostegni per il fissaggio della testa.

16 Studio dei movimenti oculari: campi applicativi Studio e cura delle dislessie Ricerca applicata: ausili ai disabili (sistemi informatizzati controllabili con i soli movimenti oculari) Web design Spot pubblicitari Comportamento del consumatore Incremento e miglioramento dei processi di formazione e produzione nell industria.

17 Analisi acustico-articolatoria Audio Area di 11mq per registrazioni audio di alta qualitàe somministrazione di stimoli uditivi Forte abbattimento del rumore (sino a 40 db) e connessioni I/O audio, video e internet Postazione (esterna) PC, due speaker e monitor interni.

18 Area di 11mq per registrazioni audio di alta qualitàe somministrazione di stimoli uditivi Forte abbattimento del rumore (sino a 40 db) e connessioni I/O audio, video e internet Postazione (esterna) PC, due speaker e monitor interni. Audio

19 Audio alcuni strumenti Registratori DAT da tavolo e portatili: TASCAM e SONY Registratori MINIDISK portatili: SONY Acquisizione su hard disk Microfoni: Shuree Sennheiser Cuffie: AKG e Sennheiser Casse: ADAM

20 Acustica / percezione Registrazioni di buona qualità Analisi del segnale acustico: parole, frasi, dialoghi Correlati fonetici di entità fonologiche, con valore linguistico Durata Valori formantici Frequenza fondamentale Intensità Somministrazione di stimoli sonori e raccolta delle risposte dei soggetti Time (s) Differenze categoriche vs. differenze graduali Frequency (Hz) Time (s)

21 Acustica Computerized Speech Lab (CSL) 4500: prodotto dalla Kayelemetrics in New Jersey, ècaratterizzato da hardware e software molto avanzati, per l analisi del segnale verbale. specifico per misurazioni acustiche di alta precisione analisi in tempo reale (sonagramma, curva di F0 ecc)

22 Analysis-Synthesis Laboratory (ASL) Applied Speech Science for Voice & Resonance Disorder Auditory Feedback Tools Disordered Voice Database Games Motor Speech Profile Multi-Dimensional Voice Program Acustica Il CSL del CRIL comprende vari pacchetti software e database Paltometer Database Phonetic & Perception Simulation Programs Respiration, Phonation and Prosody Simulation Signal Enhancement Program Sona-Match Synthesis (ASL) Video Phonetics Program and Database Voice Range Profile

23 Laringografia Laryngograph Misura la frequenza del contatto tra le pliche vocali, grazie a due elettrodi posti sul collo che registrano le variazioni del passaggio di segnale elettrico tra le pliche vocali stesse La forma d onda fornita dal sistema permette lo studio delle caratteristiche principali della fonazione normale e patologica

24 Laringografia La forma d onda permette di stimare la fase di chiusura per ognuno dei cicli di apertura e chiusura della glottide Il sistema permette di studiare la regolarità della vibrazione delle corde vocali, le singole fasi di apertura e chiusura, il rapporto tra le due o la loro forma. Apertura/chiusura delle corde vocali

25 Analisi del flusso d aria SCICON R&D Per mezzo didue maschere separate ed un microfono permette dieffettuaremisurazioni relative a: flusso d ariaorale flusso d arianasale segnaleaudio Per parlato normale e patologico Sincronizzazione delle fasi di emissione o immissione dell aria rispetto al segnale sonoro Volume d aria inspirato ed espirato

26 ToshibaAplio XV Ultrasuoni immagini prodotte grazie alle proprietàdi riflessione delle onde sonore onde ad alta frequenza, emesse da cristalli la sonda èposta ad un vertice dell oggetto e l onda lo attraversa sino a raggiungerne la superficie opposta, dove l onda viene riflessa Si ottengono buone immagini della superficie della lingua, prevedendo un metodo per il sostegno della sonda Da Shaker et al. (1984) Da Hedrick et al. (1995)

27 Ultrasuoni L Aplioconsente di ricavare da 5 a 120 immagini al secondo Sonda in posizione fissa Utile per lo studio dei movimenti della lingua nel parlato Potenzialmente, può essere usato nella riabilitazione per disturbi e patologie del parlato

28 Analisi cinematiche Electromagneticarticulography AG500-3D system Carstens Medizinelektronik Registrazioni audio Dati cinematici, grazie al rilevamento della posizione di 12 sensori all interno di un campo magnetico Sei trasmettitori producono il campo magnetico

29 Analisi cinematiche Corrente alternata nei sensori, fissati sugli organi articolatori La corrente nei sensori è più o meno potente a seconda della distanza del sensore dal trasmettitore Individuata la posizione dei sensori, incollati ad esempio sulle labbra e sulla lingua, è possibile ricavare valori di parametri quali l ampiezza e la velocità del gesto articolatorio Studio della produzione del parlato e del controllo motorio

30 Elettropalatografia Articulate Instruments EPG system Audio Contatto tra lingua e palato, grazie all utilizzo di palati di resina sulla superficie dei quali sono stati posizionati 62 elettrodi Percentuale e durata del contatto, visualizzata in tempo reale e registrata con l audio Studio delle caratteristiche fonetiche del parlato e riabilitazione dei disturbi articolatori

31 Sommario CRIL per la ricerca interdisciplinare Neuroscienze Stimolazione Magnetica Transcranicaripetitiva (rtms) Elettroencefalografia Elettromiografia Potenziali evento-correlati (ERPs) EyeTracker Fonetica e fonologia Acustica/Percezione Laringografia Flusso d aria orale e nasale Immagini ecografichedella lingua Dati cinematici per la lingua, le labbra e mascella Elettropalatografiaper contatto lingua-palato