Collegare le attività corticale e muscolare

L’interazione dei muscoli interessati dall’affaticamento e l’attivazione neuromuscolare negli arti che svolgono l’esercizio comprende molti aspetti del sistema nervoso centrale e periferico. Occorre ancora scoprire molti fattori che incidono su tali interazioni.

Un progetto di ricerca biennale denominato ICPEF (“The interaction between the central and peripheral exercise-related fatigue”) si è dedicato a sviluppare strumenti matematici per affrontare tali interazioni. Il progetto ha puntato su tecniche computazionali assistite da elaboratore elettronico per elaborare le informazioni fornite dall’elettromiografia (EMG) e dall’elettroencefalografia (EEG) prima, durante e dopo gli esercizi che portano all’affaticamento. È stato pertanto necessario decodificare l’impulso neurale al muscolo in base a EMG, analizzare la corteccia motoria in base a EEG e, quindi, collegare i due elementi.

Dal progetto è scaturito lo sviluppo di un modello innovativo per studiare i segnali inviati dalle aree corticali al pool dei neuroni motori. Il modello ha consentito di indagare sulla connettività corticospinale via coerenza corticomuscolare. Oltre al modello, sono state sviluppate tre nuove tecniche di elaborazione del segnale per l’analisi di EMG ed EEG superficiale ad alta densità. Tali tecniche hanno consentito di studiare l’attività neuromuscolare nell’uomo durante movimenti naturali in vivo.

Il primo metodo sviluppato ha consentito di migliorare la nota tecnica denominata coerenza EMG–EMG. Adottando un nuovo approccio multicanale, ha permesso di rilevare le origini di impulsi sinaptici comuni ai neuroni motori al di fuori dell’ampiezza di banda dell’EMG superficiale. Il secondo metodo ha eseguito la rilevazione automatica di artefatti in un EEG multicanale. In base a statistiche di ordine superiore, il metodo potrebbe identificare vari tipi di artefatti EEG, ad esempio i movimenti di occhi, bocca e testa.

Il terzo metodo utilizzato da ICPEF è servito a estrarre l’associazione tra l’attività corticale e muscolare. Il metodo ha consentito di studiare i rapporti tra le singole unità motorie e le oscillazioni corticali. Diversamente dal metodo di coerenza corticomuscolare comunemente utilizzato, il nuovo approccio fornisce risultati coerenti in un periodo di tempo minore e sarebbe più adatto per le applicazioni on line.

I metodi sviluppati hanno consentito di studiare senza invasività i determinanti neurali di movimenti e avranno rilevanti applicazioni nella pratica clinica.