Solo testo.pdf - Fondazione Santa Lucia

Borse di studio
Elaborazione della reattività di ritmi corticali motori
finalizzata al controllo di un cursore nel contesto
di interfacce cervello-computer (Brain Computer Interface)
Simona Bufalari
Introduzione
Un’interfaccia cervello-computer (BCI) è un sistema di comunicazione
che non dipende dai normali canali di uscita del cervello rappresentati dai
nervi periferici e dai muscoli (Wolpaw J.R., Birbaumer N. et al., 2000, IEEE
Trans Rehabil Eng 8: 161-163) e quindi, riuscendo a tradurre specifici processi
mentali in comandi di controllo, può essere utilizzato per restituire funzionalità
compromesse da patologie che comportano impedimenti motori e/o linguistici
(patologie neurodegenerative, disordini neurologici, stati definiti “ locked
in ”). Le difficoltà nell’utilizzo dei segnali EEG come segnali di controllo
per un dispositivo BCI possono essere riferite a due diversi ordini: fisiologico,
inerente ai meccanismi di generazione di pattern EEG sottesi al compito
cognitivo (motorio); tecnico, legato alle caratteristiche intrinseche del segnale
EEG di scalpo.
La prima difficoltà è nella necessità di definire una tecnica di apprendimento
appropriata perché il soggetto impari a controllare delle caratteristiche
del proprio EEG, in modo da produrre un segnale stabile e ripetibile, che
il sistema riesca a riconoscere e classificare. Definita una tecnica di apprendimento
appropriata, resta aperta la problematica dell’identificazione e classificazione
di particolari ritmi e siti sullo scalpo. In particolare sullo scalpo è
possibile registrare in prossimità delle zone centro-parietali un ritmo EEG
denominato “ mu ” (Pfurtscheller G. et al., 1999, Clin Neurophysiol 110(11):
1842-1857; Pineda J.A., 2005, Brain Research Reviews 50: 57-68) i cui cambiamenti
di ampiezza (desincronizzazioni e sincronizzazioni) sono prodotti da
movimenti self-paced, dall’osservazione e dall’immaginazione del movimento.
Con l’addestramento è infatti possibile imparare a modulare il proprio
ritmo mu in assenza di movimento, semplicemente immaginando di
muovere l’arto stesso. A supporto di tale fenomeno diversi studi di neuroimaging
hanno fornito una base sperimentale all’ipotesi che l’immaginazione
motoria e l’esecuzione attivino lo stesso substrato neuronale. Le strategie di
apprendimento nell’utilizzo dei dispositivi BCI basati sul controllo del ritmo
mu (e del ritmo beta) si basano quindi sull’immaginazione motoria.
La seconda difficoltà risiede nel fatto che l’EEG permette di ottenere
segnali con un’alta risoluzione temporale (msec), ma con una bassa risoluzione
spaziale (cm 2 ). Un notevole aumento della risoluzione spaziale offerta
dall’EEG si è ottenuto con l’utilizzo dell’ Elettroencefalografia ad Alta Risoluzione
Spaziale. È stato poi ampiamente dimostrato (Babiloni F., Carducci F. et
al., 2001, Human Brain Mapping 14(4): 197-210; Babiloni F., Babiloni C. et al.,
2003, Neuroimage 19(1): 1-15) come sia possibile migliorare la risoluzione
2006 215