Analisi del Movimento Umano
Obbiettivi
• Conoscere le diverse descrizioni del
movimento umano ed i relativi strumenti
utilizzati
• Sapere come attraverso l’uso di questi
strumenti avviene l’acquisizione ed
l’elaborazione dei segnali
• Saper costruire e analizzare modelli del
movimento umano
Perché studiare tutto ciò?
• Perché l’osservazione ad occhi nudo non è
sufficiente e spesso risulta non corretta
• Perché ogni movimento è ridondante
• Perché è necessario definire i pattern
motori stabili
• Il che significa:
– Calcolare modelli del movimento analizzato
– Trovare le variabili indipendentemente
controllate
Che cosa dobbiamo conoscere
• Gli strumenti utilizzati per l’analisi del
movimento
• La natura del segnale registrato e a quale
sistema si riferisce
• Definire l’analisi
• I modelli e i test sui modelli
• Le applicazioni
• Le interpretazioni
In sintesi
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•
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•
•
Strumenti
Sistemi corporei
Analisi
Modelli
Applicazioni
Strumenti
• Cinematica 3D:
– Telecamere (Cinematografia); Accelerometri; Goniometri
• Dinamica 3D:
– Pedane di Forza ; Pedane Stabilometriche; Celle di Forza;
Manopulandum.
• Elettromiografia (EMG):
– Di Superfircie; Ad Ago.
• Transcranial Magnetic Stimulation (TMS):
– Potenziali Evocati;
• Modelli
Variabili calcolate
• Cinematica 3D:
– Spostamenti, Velocità, Accelerazioni del corpo o dei
diversi segmenti corporei
• Dinamica 3D:
– Forze e momenti delle forze del corpo o dei diversi
segmenti del corpo
• EMG:
– Attività elettrica del muscolo, agonisti antagonisti,
intensità e velocità della contrazione, tempi di
intervento della attivazione.
• TMS:
– Potenziali evocati, inibizione neuronale,
localizzazione del sistema motorio
Esempi
• Sinergie articolari (vincoli e gradi di libertà)
• Posture (migrazione del centro di
pressione, COP)
• Sinergie delle forze espresse
• Rappresentazione del movimento a livello
cerebrale
La riproducibilità del movimento
• Data la ridondanza dei gradi di libertà del
corpo umano un certo compito motorio:
– non potrà mai essere soddisfatto
esattamente allo stesso modo
…ma
– Alcune stabilità possono essere osservate
• L’analisi del movimento può essere
utilizzata per ricercare queste stabilità
La variabilita’ a livello delle
articolazioni e’ molto piu’ elevata
rispetto a quella a livello del martello (il
compito motorio).
Diminuzione dei gradi di liberta’?
• Fra tutte le traiettorie possibili scegliamo:
– le piu’ “comode”: limitiamo l’ampiezza dei singoli
movimenti articolari (Rosenbaum, 1998)
– le piu’ “scorrevoli”: minimizziamo la derivata prima
dell’accelerazione (Hogan &Flash,1987)
– minimizziamo l’energia spesa (Alexander, 1984)
– creiamo sinergie muscolari utilizzando il vincolo del
compito motorio (Bernstein,1967)
Speed-accuracy trade-off
L’analisi del movimento può essere utilizzata
per ricercare stabilità (Leggi)
• Movimenti balistici
– Curva della velocità a campana
• Movimenti veloci e di precisione
– Accelerazione e decelerazione asimmetrica
• Legge di Fitts
W
W
A
IDa
40
10
10
IDb
= 1.79
15
5
5
MT
MT=a+b[ID]
T2
b
ID=[log2 (2A/W)]
T1 a
1.79
2.07
Le sinergie fra le forze espresse
• Forze sinergiche fra pollice e indice nel
sollevare oggetti che cambiano di peso e
di attrito
• Forze sinergiche fra le dita (enslaving
effect) e fra i muscoli posturali
• Tri-fasica sinergie agonista antagonista in
movimenti balistici
EMG
Reazioni preprogrammate
Il cervello motorio
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•
Biological motion
Il movimento immaginato
Il movimento eseguito
Relazione fra sapere e saper fare
Studio dei movimenti dopo una
perturbazione
Il movimento immaginato
) Studi di stimolazione magnetica
transcranica (TMS) dimostrano
che l’osservazione di azioni
determina un aumento
nell’eccitabilità del sistema
motorio. Questo aumento si
riflette in un aumento
nell’ampiezza dei potenziali
evocati motori (MEPs).
Fadiga et al. 1995
Strafella et al. 2000
Maeda et al. 2001,2002
I modelli del movimento
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Analisi dimensionale
Lambda Model
Uncontrolled Manifold UCM
Goal Equivalent Manifold GEM
Ottimizzazioni
Robotica
• I modelli sono importanti perché:
– predittivi, esplicativi, “universali”
L’analisi dei movimenti “diversi”
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Comprensione del problema
Analisi dello stato
Diagnosi
Esercitazioni
Test sugli interventi eseguiti
Misura del controllo
Misura dell’apprendimento
L’analisi del movimento e l’arte
• Laboratorio delle arti visive
• La danza, l’acrobatica, il mimo
– Filtraggi, campionamento, frequenza di
trasmissione delle immagini, duplicazioni, il
movimento registrato e riprodotto da piani
diversi contemporaneamente ecc.
• L’estetica e la percezione del movimento
umano
