Un gruppo di ricercatori dell’Università di Copenhagen ha ideato un nuovo dispositivo capace di guidare i pazienti nella riabilitazione post ictus con l’aiuto della musica. Il dispositivo utilizza la melodia come feedback durante l’esecuzione degli esercizi, sfruttando la tendenza naturale dell’uomo a muoversi a ritmo.
Ictus cerebrale: di che cosa si tratta?
L’ictus è un disturbo che si verifica a seguito di una scarsa perfusione sanguigna delle cellule, causata da un’improvvisa chiusura o rottura di un vaso cerebrale che provoca la morte cellulare per mancanza di ossigeno.
L’ictus può essere classificato in:
- Ictus ischemico: dovuto ad un insufficiente apporto di nutrienti alle cellule;
- Ictus emorragico: dovuto alla compressione in seguito alla fuoriuscita del sangue dal vaso.
L’ictus cerebrale in Italia rappresenta la terza causa di morte ed è la prima causa assoluta di disabilità. Dopo una prima fase acuta, la riabilitazione prosegue con un recupero graduale della deambulazione e del movimento degli arti che prevede l’affiancamento al paziente di un team inter-professionale composto da fisioterapisti, infermieri, neurologi e riabilitatori delle funzioni del linguaggio.
Purtroppo un terzo dei pazienti colpiti da ictus tende a sviluppare forme depressive, che aumentano così il rischio di mortalità.
Sarebbe estremamente gratificante contribuire direttamente o indirettamente a migliorare i risultati della riabilitazione per i pazienti
Prithvi Ravi Kantan, Ph.D e principale ideatore del progetto.
Il dispositivo progettato da P. R. Kantan e colleghi, grazie all’interazione del paziente con la musica, potrebbe diventare un valido aiuto da un punto di vista riabilitativo e terapeutico.
Biofeedback alla base del progetto
Prima di approfondire il funzionamento del dispositivo, è necessario introdurre i concetti di biofeedback uditivo (ABF, dall’inglese Audio Biofeedback) e di biofeedback musicale (MBF, dall’inglese Musical Biofeedback).
L’ABF è una rappresentazione sonora in tempo reale delle informazioni corporee, cioè una vera e propria sonificazione dei dati acquisiti. Essi servono come feedback continuo o discreto, che può aiutare, correggere o accelerare l’apprendimento di movimenti motori. Tuttavia, il metodo si limita all’utilizzo di sequenze uditive semplici.
Durante gli studi di dottorato, è stato indagato l’uso dell’ABF per la sonorizzazione continua dell’accelerazione e della velocità di oscillazione del busto dei pazienti, col fine di migliorare la postura e l’equilibrio generale (Figura 1).
L’MBF invece utilizza delle melodie complesse, le stesse che sono state utilizzate in questo studio e che facilitano la comprensione e la valutazione di paradigmi di interazione musicale. Generalmente, tramite questo metodo, melodie piacevoli risultano associate a movimenti corretti.
Quest’ultimo approccio necessita della conoscenza di una “grammatica sonora” che talvolta può essere di difficile interpretazione.
Tuttavia, in uno studio condotto da P. Vickers e B. Hogg si afferma l’esistenza di una linea di base culturale o estetica nei sistemi di musica popolare che, accessibile ad ascoltatori inesperti, consente loro di apprezzare la musica con uno sforzo cognitivo minimo.
Il nuovo approccio musico-riabilitativo
Il sistema prevede una struttura di biofeedback distribuito con sensori wireless inerziali e indossabili, grazie a delle fasce di velcro, e un’elaborazione remota dei dati su un laptop.
L’interfaccia dei sensori, la generazione di musica e la configurazione del biofeedback sono controllati da un’applicazione Windows che produce un segnale audio stereo, che viene inviato al paziente tramite cuffie o altoparlanti.
Il layout dell’interfaccia è organizzato in tre schede:
- Interfaccia sensori;
- Controllo della musica;
- Controllo del biofeedback.
Il software consente la visualizzazione dei dati di movimento in tempo reale e la registrazione di serie temporali. Il codice del software inoltre, è open source e liberamente disponibile qui.
Caratteristiche
Il sistema è dotato di funzioni e concept che, considerata l’applicazione finale e insieme tra loro, lo rendono unico nel suo genere. Tra le caratteristiche principali troviamo:
- Sistema a basso costo e replicabile;
- Architettura capace di generare musica in tempo reale;
- Possibilità di inserire interazioni digitali musicali per esercizi di equilibrio e di andatura con un potenziale clinico.
L’obiettivo degli sviluppatori è quello di ottenere un sistema funzionante utilizzando esclusivamente strumenti di sviluppo a basso costo e open source per facilitarne la replica.
Il successo del dispositivo deriva dalle sue prestazioni tecniche che sono: l’utilizzo di sensori wireless, un breve ritardo del circuito di biofeedback ed un’ottima efficienza computazionale.
Come funziona?
Il sistema offre diverse modalità di allenamento con feedback musicali.
Tra queste, una prima opzione prevede che non venga generato alcun suono quando il soggetto risulta fermo. Al contrario, quando il paziente risulta in movimento, è prevista la riproduzione di un motivo musicale di tonalità sempre maggiore con l’aumentare del movimento.
Inoltre, in presenza di un allungamento eccessivo dell’arto da parte del paziente, un segnale sonoro di allerta informerà l’utente del rischio (Video 1).
Una seconda modalità di allenamento prevede che venga riprodotta una musica continua che varia il suo ritmo a seconda del movimento.
Se il movimento dell’esercitazione o la postura del soggetto non sono corretti, il sistema genererà un feedback negativo rappresentato con una melodia dissonante (Video 2).
Conclusioni e prospettive future
I medici e gli esperti di musicoterapia coinvolti nello studio hanno notato che l’efficacia dell’approccio potrebbe dipendere dalla gravità e dalla posizione della lesione cerebrale dell’utente, constatando che i pazienti affetti da ictus del tronco cerebrale inferiore risultano essere i candidati migliori per la terapia di biofeedback musicale.
I sei soggetti che hanno provato il dispositivo hanno dato quasi tutti delle buone risposte. Il limite maggiore è stato quello relativo alla difficoltà nel sentire i segnali musicali e all’interpretazione di suoni dinamici e stratificati.
I pazienti devono trovarsi ad un livello cognitivo adeguato, in cui possono comprendere il feedback ed agire di conseguenza.
Prithvi Ravi Kantan, Ph.D e principale ideatore del progetto
Sebbene i risultati presentino dei limiti, i dati suggeriscono che la terapia di biofeedback musicale è un approccio alternativo interessante in aiuto al recupero dei pazienti post ictus.
In futuro si prevede di sostituire il velcro con delle fasce elastiche per rendere il dispositivo facilmente sterilizzabile tra un utilizzo e l’altro.
I ricercatori concordano sul fatto che il dispositivo debba essere ancora sottoposto a rigorosi studi e indagini per valutare l’utilizzo dell’approccio proposto nella pratica clinica e lo stato di miglioramento percepito dai pazienti.
Fonti e approfondimenti
- IEEE Spectrum – Stroke Rehabilitation Through Music,Researchers are exploring how musical cues can help stroke patients regain motor functions
- IEEE Transactions on Human-Machine Systems – A Technical Framework for Musical Biofeedback in Stroke Rehabilitation
- M. Dozza – Biofeedback systems for human postural control
- Humanitas.it – Ictus cerebrale
