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Sistemi a Biofeedback e Realtà Virtuale per la Riabilitazione Motoria

Dottorato di Ricerca in Bioingegneria, XIX ciclo, a.a 2005/2006

Marco Dozza

Supervisore:

Prof. Angelo Cappello

DEIS – Università di Bologna

Cosupervisori:

Prof.ssa Fay Horak - NSI – Oregon Health & Sciences University

Dott. Ing. Lorenzo Chiari – DEIS – Università di Bologna

Controrelatore:

Prof. Carlo Marchesi

DSI – Università di Firenze

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Attività di Ricerca Marco Dozza – SISTEMI A BIOFEEDBACK E REALTA’ VIRTUALE PER LA RIABILITAZIONE MOTORIA – a.a. 20052006

- Messa a punto di protocolli sperimentali orientati a compiti dinamici e tesi a quantificare l’apprendimento di un compito motorio con l’ausilio di biofeedback.

- Sperimentazione in vivo (su soggetti sani e con patologia vestibolare unilaterale) di sistemi ad audio-biofeedback (ABF) e biofeedback tattile (TBF).

- 2 mesi di attività sperimentale sono stati svolti presso l’Oregon Health & Science University di Portland, OR.

- 2 articoli relativi agli studi realizzati precedentemente in questo dottorato sono stati pubblicati.

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ABF durante la postura eretta perturbata Marco Dozza – SISTEMI A BIOFEEDBACK E REALTA’ VIRTUALE PER LA RIABILITAZIONE MOTORIA – a.a. 2005/2006

• Tredici soggetti sani (età 33±7 anni, altezza 175±10 cm, peso 78±18 Kg)

• Pedana rotante con una funzione pseudorandom

• Variabili misurate: COP, Accelerazioni L5 e C7, posizioni di anca e spalla in ML.

• L’ABF retroazionava l’informazione di pedana secondo quattro modalità di diverso contenuto informativo (Fig in basso)

• I soggetti sono stati testati in 3 blocchi composti da 5 condizioni randomizzate

• Analisi: SD delle misure (COP, AccL5, AccC7)

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ABF durante la postura eretta perturbata Marco Dozza – SISTEMI A BIOFEEDBACK E REALTA’ VIRTUALE PER LA RIABILITAZIONE MOTORIA – a.a. 2005/2006

• Performance migliore con ABF codificante l’informazione piú completa

• Performance peggiore senza ABF

• Apprendimento nel tempo in tutte le condizioni

• Biofeedback sempre vantaggioso anche dopo l’apprendimento spontaneo

• Differenze fra il contenuto informativo dell’ABF prevalentemente all’inizio

• Perfino un semplice allarme è utile dopo un training intensivo

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ABF durante la postura eretta perturbata Marco Dozza – SISTEMI A BIOFEEDBACK E REALTA’ VIRTUALE PER LA RIABILITAZIONE MOTORIA – a.a. 2005/2006

• Accelerazione a L5 e COP si comportano in modo similare

• L’accelerazione a C7 aumenta col biofeedback suggerendo un diverso tipo di controllo posturale in presenza di biofeedback acustico rispetto alla condizione senza ABF.

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Biofeedback Tattile (TBF) durante la camminata Marco Dozza – SISTEMI A BIOFEEDBACK E REALTA’ VIRTUALE PER LA RIABILITAZIONE MOTORIA – a.a. 2005/2006

• Nove soggetti con severa insufficienza vestibolare unilaterale (UVL; 49±11 anni, altezza: 172±10cm, e peso: 89±21kg )

• 2 Gruppi

• 2 sessioni sperimentali (una con e una senza TBF)

• 30 camminate tandem per ciascuna sessione

• 0.5 Hz frequenza del passo

• Il TBF informava dell’inclinazione ML del tronco

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TBF durante la camminata Marco Dozza – SISTEMI A BIOFEEDBACK E REALTA’ VIRTUALE PER LA RIABILITAZIONE MOTORIA – a.a. 2005/2006

• Dati registrati

• Cinematica da Motion Analysis

• Inclinazione medio-laterale

• Parametri analizzati

• Deviazione standard dell’inclinazione

• Deviazione standard del COM

• Variabilità del passo

• Frequenza del passo

[esempio Matlab]

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TBF durante la camminata Marco Dozza – SISTEMI A BIOFEEDBACK E REALTA’ VIRTUALE PER LA RIABILITAZIONE MOTORIA – a.a. 2005/2006

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TBF durante la camminata Marco Dozza – SISTEMI A BIOFEEDBACK E REALTA’ VIRTUALE PER LA RIABILITAZIONE MOTORIA – a.a. 2005/2006

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Pubblicazioni su riviste internazionali: Marco Dozza – SISTEMI A BIOFEEDBACK E REALTA’ VIRTUALE PER LA RIABILITAZIONE MOTORIA – a.a. 2005/2006

• M. Dozza, L. Chiari, B. Chan, L. Rocchi, F.B. Horak and A. Cappello, “Influence of a Portable Audio-Biofeedback Device on Structural Properties of Postural Sway”, J Neuroengineering Rehabil. , vol.2:13, 31 May 2005.

• M. Dozza, L. Chiari and F.B. Horak, “Audio-biofeedback improves balance in patients with bilateral vestibular loss”, Arch. Phys. Med. Rehab. , vol.86(7), pp. 1401-3, July 2005.

• L. Chiari, M. Dozza, A. Cappello, F.B. Horak, V. Macellari and D. Giansanti, “An accelerometry-based system for balance improvement using audio-biofeedback”, IEEE Trans. Biomed. Eng. , vol.52(12), December 2005.

• M. Dozza, F.B. Horak and L. Chiari, “Auditory Biofeedback Substitutes for Loss of Sensory Information in Maintaining Stance”, Exp. Brain Res. (in stampa), 2006.

• M. Dozza, L. Chiari, F. Hlavacka, F.B. Horak and A. Cappello, “Effects of Linear versus Sigmoid Coding of Visual or Audio Biofeedback for the Control of Upright Stance” IEEE Trans. Neur. Syst. Rehanb. Eng. (in stampa), 2006.