BioFeedback Cognitivo nelle Lesioni Cerebrali

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1 BioFeedback Cognitivo nelle Lesioni Cerebrali Matteo Bertucco Dipartimento di Neuroscienze, Biomedicina e Movimento Università degli Studi di Verona 28 Corso di Aggiornamento Riccione, maggio 2017 Ricerca e innovazione in Medicina Riabilitativa

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4 Feedback intrinseco interno 2. Feedback intrinseco esterno 3. Feedback Aumentativo (estrinseco)

5 FA e apprendimento motorio 1) Apprendiemnto per rinforzo (Reinforcement learning) Ø L esecuzione dell azione motoria in funzione di una ricompensa (reward) Ø FA può facilitare (rinforzare) il cambiamento di pattern motori Ø Informazione: successo/insuccesso. Ø Informazione: può risultare limitata (Wolpert et al., 2011; Gollhofer,Taube, Nielsen, 2015)

6 FA e apprendimento motorio 2) Processo di apprendimento per errore Ø Errore visto come sorgente d informazione utile per migliorare l apprendimento. Ø Giuda la ricerca di soluzioni motorie ottimali. ØFA risulta efficace per minimizzare l errore. (Wolpert et al., 2011; Gollhofer,Taube, Nielsen, 2015)

7 FA e apprendimento motorio 3) Apprendimento tramite la semplice ripetizione del gesto Ø L appredimento avivene grazie ad una continua ripetizione del gesto. Ø Può avvenire anche in assenza di informazione del risultato del gesto motorio (CR & CP). Ø FA per definizione non interviene in tale processo d apprendimento. (Wolpert et al., 2011; Gollhofer,Taube, Nielsen, 2015)

8 Ruolo del FA nell apprendimento di capacità motorie ü FA fornisce informazioni del movimento durante l esecuzione motoria e/o alla fine del gesto. ü Assiste nel giudicare se il movimento è corretto o scorretto. ü Favorisce la motivazione se continuare o cambiare strategia motoria. ü AF può accelerare l apprendimento (riapprendimento) motorio grazie ad un informazione aggiuntiva esterna specialemnte in caso di deficit sensitivo-motori. (Gollhofer,Taube, Nielsen, 2015)

9 FA in soggetti con danno cerebrale FA per sua natura rappresenta un efficace strumento clinico in presenza di danno cerebrale (ictus, PCI, ) Recupero funzionale del sistema sensori-motorio Facilitare l (ri)apprendimento di pattern motori nuovi o precedenti

10 Tipi di Feedback Aumentativo (FA) Conoscenza del Risultato (CR) Conoscenza della Performance (CP) FA relativo al successo/fallimento dell obbiettivo dell azione motoria FA relativo alla qualità dell esecuzione motoria

11 Cosa? Come? Biofeedback Sigrist et al, 2013

12 CR favorisce l appredimento motorio in soggetti sani e con lesione cerebrale 40 Controlli; 20 Ictus emisfero destro e 20 sinistro Fig[ 2[ Individual participant trial data "trajectory and RMSE#[ Rows show data from control participant JC "top# and stroke participant WP (Winstein, Merians, Sullivan, 1999)

13 CR?? CP

14 CR o CP? Studio in soggetti colpiti da ictus CR (KR) Accuratezza CP (KP) FA verbale posizione gomito e spalla Characteristics KR Group KP Group Gender Male 10 7 Female 4 7 Age, years 55.7 (15.4) 59.1 (17.9) Time since onset, months 12.1 (4.9) 11.4 (6.3) Side of lesion Left Right 1 1 Location of lesion Cortical 6 5 Subcortical 3 5 Cortical + subcortical 5 4 (Cirstea & Levin, 2007)

15 (Cirstea & Levin, 2007) CR o CP? Soggetti colpiti da ictus

16 (Cirstea & Levin, 2007) CR o CP? Soggetti colpiti da ictus

17 CR = Conoscenza del Risultato Utile quando non è possibile conoscere il risultato della propria performance. Usato per avere una propria valutazione sul feedback intrinseco derivante dal gesto compiuto.? Incoraggia al problem solving

18 CP = Conoscenza della Performance Facilita il recupero funzionale focalizzandosi sulla qualità del gesto motorio Quando l obbiettivo del recupero funzionale è l aspetto cinematico o dinamico del movimento da compiere Particolarmente utile in gesti complessi Favorisce la riduzione di movimenti compensatori (es. tronco) Stimola l esplorazione motoria

19 FA = quanto? FA continuo può presentare un limite all apprendimento motorio. Studi suggeriscono che una diminuzione della frequenza del FA tende ad aumentare il processo d apprendimento ycholo`ia 26 "0888# (Winstein and Schmidt, 1990)

20 FA = quanto? Guidance Hypothesis Tendenza a diventare dipendenti al FA (Winstein and Schmidt, 1990)

21 FA = quanto? Guidance Hypothesis Il suo effetto tende a ridursi con movimenti complessi. E in condizioni di deficit sensitivo-motori?? ricerca scientifica necessita di studi specifici in ambito riabilitativo con oggetto pazienti affetti da danno cerebrale (es. ictus, PCI, )

22 Cosa? Come? Biofeedback Sigrist et al, 2013

23 FA uditivo Caso di studio 5 pazienti colpiti da ictus ischemico CP componenti spaziali CP CR CR componenti temporali (Chen,Fujii, Schlaug, 2016)

24 FA uditivo (Ronsse et al., 2011)

25 FA tattile Soggetti con PCI FA vibro-tattile proporzionale all EMG GAS EMG Sensor + Motor Vibrator Portable Battery + Signal Processor (Bloom et al., 2010)

26 FA tattile Soggetti con distonia FA vibro-tattile proporzionale all EMG Target distance Target width Vibrazione sull arto affetto da distonia Nessuna indicazione al soggetto (Liyanagamage, Bertucco, Bhanpuri, Sanger, 2016)

27 FA tattile Soggetti con distonia FA vibro-tattile proporzionale all EMG Target distance Target width Change in Ratio Distonia Controlli -0.1 Pre Post (Liyanagamage, Bertucco, Bhanpuri, Sanger,2016)

28 ü Sovraccarica l impegno percettivo e cognitivo. ü > Guidance Hypothesis Come? ü Minimizza l impegno percettivo e cognitivo. ü < Guidance Hypothesis ü Minor distrazione Sigrist et al, 2013

29 FA Apprendimento Motorio Condizioni NON Patologiche??? Condizioni Patologiche (Winstein, 1991)

30 Cosa? Biofeedback

31 Disability and Rehabilitation, July 2006; 28(13 14): ORIGINAL ARTICLE Extrinsic feedback for motor learning after stroke: What is the evidence? PAULETTE M. VAN VLIET 1 &GABRIELEWULF 2 1 School of Health Sciences, University of Birmingham, Birmingham, UK, and 2 Department of Kinesiology, University of Nevada, Las Vegas, Nevada, USA Disability and Rehabilitation, 2010; 32(22): REVIEW Nature, timing, frequency and type of augmented feedback; does it influence motor relearning of the hemiparetic arm after stroke? A systematic review BIRGIT I. MOLIER 1,EDWINH.F.VANASSELDONK 2,HERMIEJ.HERMENS 1,3 & MICHIEL J. A. JANNINK 1,2 1 Roessingh Research and Development, 7500 AH Enschede, the Netherlands, 2 University of Twente, Department of Biomechanical Engineering, 7500 AE Enschede, the Netherlands, and 3 Department of Biomedical Signals and Systems, University of Twente, 7500 AE Enschede, the Netherlands

32 AF F AF! AF AF F! Esplorazione motoria

33 Esplorazione motoria

34 Esplorazione motoria

35 Esplorazione motoria

36 Esplorazione motoria

37 Esplorazione motoria

38 Esplorazione motoria

39 Esplorazione motoria

40 Esplorazione motoria

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