1 Biometria digitalizzata Schiffer R. Laboratorio di Biometria

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R.Schiffer –Biometria digitalizzataBiometria digitalizzata
Schiffer R.
Dipartimento di Emergenza e Accettazione
S.C.Recupero e Riabilitazione Funzionale
Azienda Ospedaliera S.Croce e Carle di Cuneo
Laboratorio di Biometria , Posturologia e Dinamometria Clinica Digitalizzata Optoelettronica
E-mail [email protected]
Sito www.neuroequilibrio.it
Tel.0171641029-641234-641217 FAX0171691484
La biometria digitalizzata è una branca della medicina che applica le leggi della fisica e della
matematica allo studio del movimento e della postura con l’obiettivo di descriverne e prevederne il
comportamento .
E’ l’evoluzione tecnica della classica biometria generale .La biometria è una definizione spaziotemporale dei dati morfologici statici e dinamici di ciascun individuo .E’ la carta d’identità
antropometrica di ogni soggetto fissata nel tempo e nello spazio , per l’attitudine che si vuole
studiare , comparabile sia cronologicamente che con modelli statistici .
Da sempre permea l’analisi del movimento .
L’applicazione della matematica allo studio dei fenomeni biologici è detto biometria .I precursori
sono stati : Louis René Villerme ( 1782-1863 ) , Edwin Chadwick ( 1800-1890 ) , Francis Galton (
1822-1911 ) fondatore dell’eugenetica o eugenica , Karl Pearson ( 1857-1936 ) .
In analisi del movimento devono essere adottati dei modelli validati ( che cioè rispondano a
problemi reali ) , e calibrati ( stimando al meglio i valori dei parametri da cui dipende un modello ) .
Non è facile in quanto ci si deve confrontare epistemologicamente con varie teorie tutte utili per
cercare di comprendere e studiare il movimento umano quali :
¾
¾
¾
¾
¾
¾
Comportamentismo
Cognitivismo
Cibernetica
Modelli informatici
Principio di indeterminazione di Heisenberg
Sistemi complessi non lineari
La biomatematica ci dovrebbe consentire di estrarre un problema dalla natura , tradurlo in equazioni
e quindi modellizzarlo .In un modello matematico il fenomeno reale che si indaga è rappresentato
da quantità tipiche ( funzioni , equazioni ecc.) poste in relazione tra loro sulla base di ipotesi e
nozioni inerenti il fenomeno da studiare .
I vantaggi che un modello matematico offre in medicina e biologia sono :
1. predire l’evoluzione di un sistema in condizioni differenti senza ripetere esperienze o in
situazioni non verificabili sperimentalmente
2. convalidare quantitativamente ipotesi biologiche
3. indagare proprietà di sistemi biologici
Il pensiero di capire quale ipotesi sia scientifica , deve necessariamente passare attraverso il
concetto Popperiano di poter controllare sperimentalmente ovvero di poter confutare l’ipotesi stessa
.Meno è confutabile un ‘ipotesi , meno è scientifica .
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R.Schiffer –Biometria digitalizzataMa noi come possiamo pensare che la matematica , prodotto del pensiero umano indipendente
dall’esperienza si adatti in maniera così mirabile alla realta ? …grazie alla pura riflessione siamo in
grado di esprimere le proprietà delle cose reali ?
Del resto la riflessione di Enstein “ ….nella misura in cui le leggi della matematica si riferiscono
alla realtà non sono certe , ….nella misura in cui sono certe , non si riferiscono alla realtà “ , non
fa che accrescere l’ansia di chi quotidianamente cerca di misurare il corpo umano in tutte le sue
espressioni .
Banale ma ovvio a questo punto sottolineare che misurare non significa contare .
Quanto più un asserto afferma , tanto meno è probabile , quindi meno è falsificabile meno è
scientifico .
Ma il movimento umano , e quindi il suo studio , deve fare i conti con l’aspetto stocastico (
probabilistico ) che lo caratterizza .
Di conseguenza , la biometria , che si incarica di misurare un sistema che per definizione è
complesso e non lineare , deve analizzare tantissime variabili ( indicatori ) , numeriche e non e con
esse fare i conti con il calcolo delle probabilità .
L’alta probabilità non costituisce un obiettivo per la scienza .All’improbabilità si associa il
contenuto “ quanto più un asserto afferma , tanto meno è probabile .Quanto meno si afferma , più e
probabile “
Termini come verosimile , usabili in analisi digitalizzata , devo essere attentamente pesati .Parlando
di verosimilitudine , la crescita della conoscenza si misura in termini della sua sempre migliore
approssimazione alla verità .La vero similitudine , come il contenuto della verità ( o di falsità ) non
può non essere determinata numericamente .La scienza mira alla verità nel senso di una sua
corrispondenza con i fatti o con la realtà .
Dobbiamo stare attenti a non cadere nel dogmatismo ( verità assoluta non giustificata ) , nello
psicologismo ( asserzioni giustificate da altre asserzioni e dall’esperienza percettiva ) o sconfinare
nella metafisica .
Se aumenta il contenuto di un asserzione , si riduce la probabilità e viceversa .Risulta quindi che lo
scopo della scienza si traduce in un alto grado di falsificabilità , o controllabilità , ovvero con un
alto contenuto informativo .
Le propensioni non sono semplici possibilità , bensì realtà fisiche , reali come le forze o come i
campi di forze .Le forze sono propensioni a mettere in moto i corpi , i campi di forza sono campi di
propensioni sparse in una regione dello spazio .Devono essere considerate come proprietà inerenti a
una situazione , di cui l’oggetto fa parte .In fisica , chimica , biologia , biochimica , le propensioni
sono proprietà dell’intera situazione fisica e talvolta anche del modo particolare in cui una
situazione cambia .Nella natura le situazioni , le possibilità e quindi le propensioni cambiano
continuamente .La nostra stessa comprensione del mondo che ci circonda modifica le condizioni in
cui ci troviamo a vivere , così come lo fanno i nostri desideri , le nostre preferenze , le nostre
speranze , le nostre ipotesi e teorie ( anche false ) .Questo contrariamente alle pretese del
determinismo ( e del demone di Laplace ) .
La scienza e fatta di ipotesi e congetture .L’aspetto Galileiano della ricerca esige continue loro
verifiche .
La scienza si distingue dalle ideologie e dalle religioni perché si basa sul principio di obiettività , di
rigore scientifico .Lascia a loro l’etica e la metafisica .Entrambe hanno bisogno di essere verità
assolute .
I dati scientifici non sono perenni e assoluti , ma contingenti , transeunti e storicamente determinati
.Cosicché con il passare del tempo si dimostrano fallaci .Il progresso scientifico non procede per
stratificazione delle conoscenze , ma dal superamento del vecchio verso il nuovo con sostituzione
dei parametri .Il dato scientifico deve rimanere costantemente in dialettica con il tempo e , se questo
non succede , ma al contrario il dato viene ipostatizzato o dedialetizzato , nascono errori terribili .
Parlando di digitalizzazione della realtà , vogliamo ricordare l’aforisma che afferma “ errare è
umano , ma per fare dei grossi casini serve un computer “ .
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R.Schiffer –Biometria digitalizzata-
E’ opportuno che alla base di qualsiasi progetto ci sia una teoria .Attualmente è verosimile che
nell’ambito dello studio dell’equilibrio , della postura , del movimento , l’approccio più adatto sia
quello che tiene conto della complessità del sistema uomo , in quanto sistema fisico non lineare a
complessità massima .
Essendo un sistema che si muove ai margini del caos , pare indispensabile iniziare a utilizzare degli
indicatori attenendosi alle regole del calcolo delle probabilità .
Ne sottolineamo l’aspetto stocastico , ponendo l’accento sulla necessità di utilizzare il valore
modale come misura della tendenza principale , nella scelta degli indicatori clinici .
Le implicazioni pratiche reclamano dei requisiti che tendano a semplificarne la complessità .
La stragrande maggioranza dei sistemi fisici è non lineare , rendendo la ricerca di soluzioni su base
elementare molto difficile e talvolta impossibile .
Ed è in questa affermazione che si svolge attualmente il dramma dell’analisi strumentale del
movimento nei suoi aspetti legati all’equilibrio e la postura .
Per i sistemi lineari , una minima variazione dello stato iniziale dello stesso ( fisico , chimico ,
biologico , economico ) provoca una variazione corrispondentemente minima nel suo stato finale .
Ad esempio , se colpisco a biliardo una palla un poco più , o meno con la stecca , il suo urto contro
un’altra ne determinerà un suo spostamento un poco più o meno sul panno .
Diversamente per un sistema non lineare , piccole differenze nelle condizioni iniziali producono
differenze non prevedibili nel comportamento successivo .
Ad esempio , un soggetto sottoposto ad analisi stabilometrica ad occhi aperti se inspira
profondamente o deglutisce prima di iniziare la prova , non sappiamo di quanto ( numericamente :
lunghezza della traccia , area sottesa ) e come ( qualitativamente : graficazione statochinesigrafica ,
stabilografica ) varierà il suo comportamento motorio sulla pedana nei secondi della durata della
prova.
E’ impossibile prevedere il comportamento che un sistema caotico avrà dopo un intervallo di tempo
anche breve .
L’epistemologia delle complessità è una branca dell’epistemologia che studia i sistemi complessi ed
i fenomeni emergenti associati .Gli organismi viventi sono dei sistemi complessi , costituiti da
elementi che subiscono continue modifiche , singolarmente prevedibili , ma di cui non è possibile ,
o è molto difficile prevedere uno stato futuro .
Gli oggetti dei sistemi complessi , interagiscono , adattandosi ed evolvendo , sviluppando una
forma di autorganizzazione che consente al sistema stesso di avere proprietà collettive che non sono
proprie dei singoli agenti e sono dette proprietà emergenti. .Tali proprietà non rappresentano mai la
somma dei singoli elementi.
Tali sistemi si pongono nella regione conosciuta come margine del caos .Cioé posta tra la stabilità
ed il caos .
Se si mettono in relazione i termini di equilibrio con genotipo , postura con fenotipo ,
comportamento motorio con proprietà emergenti , possiamo confermare che se l’organizzazione
delle molecole di un organismo conferiscono l’essenza vitale allo stesso , questo è dovuto al
genotipo.
L’organizzazione dei componenti di un organismo può farne assumere delle capacità
computazionali. Pertanto , l’attuazione di una serie di regole di base ( genotipo ) tramite la
computazione , produce una struttura ( fenotipo-postura ) da cui deriva un comportamento .
Le regole possono a loro volta essere state predefinite o apprese, e a meno che non siano banali sarà
impossibile prevederne i risultati , e i comportamenti se non a livello statistico .
Nella definizione poi della complessità del sistema dove non si intendono le sue proprietà
intrinseche oggettive , ma le proprietà dell’insieme costituito dal soggetto osservatore ( chi crea il
modello ) ed il modello stesso , sorge un altro problema che si aggiunge ad una delle molte
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R.Schiffer –Biometria digitalizzatatematiche fondamentali dell’analisi del movimento come : il principio di indeterminazione di
Heisenberg , la teoria dei modelli , e l’aspetto stocastico .
Nell’attuale pensiero contemporaneo , la complessità dal punto di vista epistemologico comporta
che ci sia una nuova collaborazione fra scienza e filosofia .Un rinnovato modo di fare ricerca
scientifica usando i computer , la simulazione , utilizzando l’approccio bottom-up.
Si pone in tal senso l’evoluzionismo sotto nuova luce , cercando di fare abbandonare l’idea che sia il
progresso a favorire l’evoluzione .
Tornando al sistema equilibrio , anch’esso è più complesso , quanto maggiori sono le costanti
arbitrarie per poterlo descrivere .
Come detto , la complessità di un sistema non è una sua proprietà intrinseca , ma si riferisce sempre
ad una sua descrizione e quindi dipende dal modello utilizzato e dalle sue variabili ( indicatori )
accreditate .
L’obiettivo della teoria delle complessità è di comprendere il comportamento dei sistemi complessi
caratterizzati da elementi numerosi e diversi tra loro , con connessioni multiple e non lineari.
L’uomo è un sistema complesso adattivo in grado di adattarsi , cambiare per esperienza , con
capacità di evoluzione .E’ in ultima analisi un instabile aggregato di agenti e connessioni
autorganizzati , e per garantirsi l’adattamento , ridefinisce costantemente il suo rapporto con
l’ambiente ( co-evoluzione ) .
Adottando la teoria dei sistemi , l’equilibrio può essere considerato come una identità che è
possibile analizzare e scomporre in quanto presenta caratteristiche variabili , o costanti .
Se lo rappresentiamo come una scatola con degli ingressi ( es.segnali posturografici , U ) , lo
pensiamo anche con delle uscite ( Y ) . Il suo stato sarà pertanto descritto da un insieme di variabili ,
dette di stato ( X ) .
Gli ingressi ( input ) , visivo , propriocettivo , uditivo , cognitivo , agiscono sullo stato del sistema e
ne modificano le caratteristiche che sono registrate e elaborate dalle variabili di stato (sistema
neuroendocrino , sistema cardiorespiratorio , sistema muscolo-scheletrico , SNC , SNP ).
I valori delle uscite ( Y ) , uniche variabili misurabili ( ad esempio : superficie dell’ellisse ,
lunghezza della traccia , semipasso , Fourier ecc. ) dipendono dalle variabili di stato e dagli ingressi
, dandoci in fine ultimo , informazioni sui vari organi ed apparati .
Nello studio dell’equilibrio e della postura si fissa e analizza sempre il tempo ( T ) .Nel lasso di
tempo ( insieme ordinato di istanti )si considera una serie di istanti particolari.
Con ordinato si intende che prendendo degli elementi qualsiasi , si può stabilire con certezza quale
dei due precede l’altro.
In sintesi gli elementi per studiare il sistema equilibrio-postura possono essere rappresentati da una
sestupla di dati come : S=( T,I,U,X,f,g ) .
Dove si intende per :
•
•
•
•
•
T={ t0,t1…….ti } insieme ordinato del tempo ( ad es.tempo di misurazione ad OA o OC a
30” o 51” )
I= { i0,i1…….ii } insieme delle variabili di ingresso ( vista , udito , propriocezione ,
cognizione )
U={ u0,u1…….ui } insieme delle variabili di uscita ( comportamento motorio su pedana :
oscillazioni sagitto-frontali o latero-laterali , strategie , compensi )
X={ x0,xi…….xi } insieme delle variabili di stato ( apparato neuroendocrino ,
cardiorespiratorio , muscolo-scheletrico , SNC , SNP )
f={ T,I,U,X } equazione di stato ( correla lo stato interno del sistema con un determinato
istante : es. Indice di Interferenza Cervicale , Indice di Romberg , Indice Biomedico
Posturale ) ; X( ti) = f [X( t0 ) ,I, ( t0 , ti ) ]
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R.Schiffer –Biometria digitalizzata•
g=g( T,I,U,X ) equazione di uscita ; calcola l’uscita nel tempo ti .Ad es.la Romberg
semiquantitativo, classificazione dell’instabilità ; U ( ti ) =g[X( ti ) ,in ( ti ) ]
L’importanza della epistemologia delle complessità , trae la sua origine dal conflitto nel rapporto
scienza-filosofia .Attraverso la scienza cognitiva , nella seconda metà del XIX° secolo ,
neuroscienziati , informatici , filosofi della mente , linguisti ,psicologi , antropologi ,iniziavano a
costruire modelli comportamentali dell’attività psichica per rispondere a domande complesse.
All’elaborazione della teoria della complessità contribuiscono istituti di ricerca dove assieme
lavorano neurobiologi , filosofi della mente , informatici , epistemologi e chimici .
Si parla della nascita di una terza cultura , alternativa a quella umanistica e scientifico-tecnologica .
Per fare degli esempi , secondo questi studiosi una classificazione dei sistemi potrebbe essere :
•
•
•
complessità minima ( non vivente )
complessità media ( computer )
complessità massima ( vivente )
La scienza cognitiva ( es. IA : intelligenza artificiale ) ha utilizzato modelli comportamentali che
procedono dall’alto al basso .Il modello viene costruito sulla conoscenza globale che si ha del
sistema stesso .Come si comporta , a quale leggi ubbidisce ecc.
Si studia un sistema partendo dalle sue competenze trascurando inizialmente i dettagli delle
prestazioni delle singole componenti .
La teoria della complessità procede invece dal basso all’alto .Il modello del sistema si costruisce in
base alla conoscenza locale , come e quante sono le sue componenti , come interagiscono , a quali
leggi ubbidiscono .
Per i sistemi complessi , la misurazione delle loro variabili , implica che essendo la loro
distribuzione fortemente asimmetrica il loro valore medio non fornisce mai informazioni
soddisfacenti sulla variazione di complessità .E’ il valore modale e non quello medio che misura la
tendenza principale ( in una distribuzione di frequenza , la moda è il valore della variabile
indipendente cui corrisponde la frequenza più elevata ) .
Le implicazioni pratiche sono importanti .Intanto la scelta degli indicatori , non può essere casuale
ma derivare da una loro attenta selezione che ubbidisca ai seguenti requisiti :
1.
2.
3.
4.
5.
6.
loro calcolo statisticamente attendibile
scelti in base al tipo di applicativo in uso
devono consentire la formulazione di una ipotesi e il suo controllo a distanza nel tempo
devono consentire di modificare la scelta terapeutica
devono conferire un valore aggiunto a tutto il percorso
non devono essere fini a se stessi
Il movimento , espressione della vita e quindi dell’essere umano , rappresentato da un sistema
complesso biologico , essendo forse fenomeno raro e isolato deve essere solo e sempre considerato
sotto vari aspetti : umanistici , meccanici , matematici , cognitivi e soprattutto probabilistici .
Questo è quanto basta al momento per comprenderne l’intera complessità e farsene una ragione .
I test sono delle procedure più o meno complesse .Sono lo strumento di base in epidemiologia nella
valutazione delle popolazioni presuntivamente sane ( screening ) in cui la prevalenza della malattia
in studio è sconosciuta .
Lo scopo principale è quello di individuare precocemente ( prevenzione ) la presenza di una
patologia .
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R.Schiffer –Biometria digitalizzataNelle prestazioni diagnostiche di routine , i test sono utili nel processo decisionale in quanto
devono servire a escludere o confermare la malattia gia sospettata in base ai dati clinici ( anamnesi ,
esame obiettivo ) .
La valutazione strumentale , deve conferire un valore aggiunto all’iter , e soprattutto , deve poter
modificare l’aspetto terapeutico : medico , chirurgico , riabilitativo .
I test possono essere classificati in due categorie : qualitativi e quantitativi .
I primi danno un output ( risposta ) dicotomico .Ad esempio : positivo/negativo , vero/falso ;
oppure si ha una rappresentazione grafica ( graficazione ) del comportamento di una variabile .Ad
esempio : statochinesigramma , stabilogramma ,risultante media ( CoM ) , risultante parziale ( CoF
) ecc.
I secondi , di tipo quantitativo , offrono dei risultati sottoforma di variabili numeriche discrete o
continue .
Per le prime , si tratta di elementi distinti fra i quali c’è soluzione di continuità . Per esempio un
insieme di punti tale che per ogni punto esiste un intorno nel quale non cadono punti dell’insieme
stesso.
Ad esempio in stabilometria si hanno i valori di area sottesa , lunghezza traccia , Fourier ,
permanenza raggio ecc.
Questa delucidazione introduce l’ipotesi di considerare l’ equilibrio , come un qualcosa verso cui si
tende , un sistema deterministico non lineare , vicino al caos e pertanto passibile di valutazione solo
in ambito stocastico .
Di conseguenza , il segnale posturografico sarebbe da considerare come una delle possibili funzioni
campionarie di un processo stocastico con caratteristiche peculiari.
Essendo un processo stocastico , secondo tale supposizione , non sarebbe definibile e quindi
calcolabile con la semplice trasformata di Fourier .
Quest’ultima può essere usata solo per un segnale determinato e la cui evoluzione temporale è nota
ed univocamente assegnata .
Per un processo probabilistico come l’oscillazione posturale del corpo umano , l’evoluzione
temporale può essere descritta solo statisticamente .
La statistica ci può aiutare nell’analisi dei fenomeni quantitativi , cercando di evidenziarne le
caratteristiche salienti , le regolarità , e le eccezioni .Gli obiettivi della stessa sono quelli di
separare il segnale dal rumore , valutare la complessità di un fenomeno , e prevedere .
Chi la utilizza deve necessariamente sapere predisporre logicamente e praticamente il tipo di
indagine ( esame strumentale , applicativo scelto ) , definire la popolazione di riferimento , stabilire
quali sono le caratteristiche ( variabili ) della popolazione da studiare .
Un test , è in fondo una verifica di una ipotesi che si vuole confermare o confutare .
La raccolta delle informazioni può portare poi alla classificazione delle variabili studiate , che in
base alle operazioni che si possono fare sulle modalità ( attributi numerici o non ) possono essere
ordinate mediante scale di tipo nominale ( caratteri qualitativi : si/no , bello/brutto ) , ordinale (
attributi non numerici ma ordinabili logicamente : lieve , media , grave , gravissimo ) , per
intervallo ( caratteri quantitativi che si confrontano solo per differenza ma non per rapporto :
temperatura )
In conseguenza a quanto detto da alcuni autori , si può prospettare l’utilizzo del cosidetto spettro di
potenza del processo .
La sua applicazione pratica ha molte similitudini con la classica trasformata di Fourier .
E’ opportuno ricordare alcune definizioni e proprietà di validità generale .
Intanto lo spettro è definibile come un insieme di dati relativi alla potenza o lavoro compiuto de una
forza ( m . a ) nel tempo ( T ; L/T ) .
La variabile da misurare , detta aleatoria , viene descritta mediante il calcolo della cosidetta densità
di probabilità della stessa estratta .
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R.Schiffer –Biometria digitalizzataLa procedura viene estesa ad un numero arbitrario di istanti e quindi di variabili aleatorie estratte .
In questo caso si ha una descrizione statistica del processo stocastico.
Se contemporaneamente si prendono in esame più istanti , si valuterà la cosidetta probabilità
congiunta.v.tab.1
Tab.1
‰
‰
‰
‰
‰
‰
Processo generico stocastico x ( t )
Valore assunto dalla variabile aleatoria estratta in un generico istante ( es. t1) x1( t1 )
Densità di probabilità f1 ( x1; t1 )
Altro istante ( t2 )
Densità di probabilità della variabile aleatoria estratta x2 = x ( t2 )
Densità di probabilità congiunta f1,2 ( x1; x2 ; t1; t2 ) )
Il tempo svolge un ruolo di parametro .Nell’ambito delle oscillazioni , sagitto-frontali ( S-F ) o
latero-laterali ( L-L ) , la variabile casuale reale ( x ) è data dalla sua ampiezza ( espressa in cm o
mm ) in un determinato istante ( t ) ed esprime la legge probabilistica del punto considerato nel
tempo ( t ) .
Nell’ambito delle applicazioni cliniche delle misure nel dominio delle frequenze vediamo che nella
tabella 2 sono riportati i riferimenti clinici per l’utilizzo dei valori di frequenza ottenuti in analisi del
Fourier con il loro significato .
Tab.2 Analisi del Fourier
Frequenze
Inferiori a 0,10 Hz
Tra 0,10 e 1,00 Hz
Oltre 3 Hz
Significato
Controllo superiore :visuo-labirintico
Controllo : somato-sensoriale , cerebellare , riflessi di
allungamento
Non sono significative
Un soggetto che effettua una stabilometria ad occhi aperti ( OA ) , quando nella normalità , dovrà
presentare valori inferiori a 0,10 Hz .
Se superiori , è da considerarsi patologico , con riferimento specifico ad alterazioni che interessano
il canale visivo e labirintico .Al contrario se soggetto fa rilevare in una prova ad occhi chiusi ( OC )
valori oltre 1 Hz fino a 3 Hz , sarà patologico in specifico sul versante somato-sensoriale ( corteccia
cerebrale : ischemie corticali , sottocorticale ; cerebellare : vasculopatie in atto o pregresse ,
neoplasie ecc.) ; propriocettivo : sclerosi multipla , polineuropatie a varia eziologia ecc.) .
Secondo altri autori , la banda di segnale compresa fra 0,15 e 5 Hz sarebbe utile a caratterizzare un
comportamento del sistema di controllo posturale.Valori più bassi o più alti non sarebbe
significativi .
Ad esempio per la società internazionale di posturografia sarebbero da considerare le seguenti
bande : 0,02-0,2 ; 0,2-2 ; 2-10 Hz .
Per Gagey e al. significative sarebbero le oscillazioni che avvengono alle frequenze indicate in
tabella 3.
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R.Schiffer –Biometria digitalizzata-
Tab.3 Analisi delle onde fondamentali secondo Gagey et al.
Indicatore
Definizione
Significato
clinico
Onda fondamentale a 0,3 Hz
Frequenza di risonanza del corpo umano ,
se il sistema posturale funziona
Onda fondamentale a 0,2 Hz
Oscillazione sagitto-frontale o laterolaterale del soggetto per l’aggiustamento
preparatorio all’atto della respirazione
Nella banda da 0,16 a 0,24 Hz se il
picco a 0,2 Hz è frammentato
Oscillazione sagitto-frontale o laterolaterale del soggetto
Se frammentato
,
manifesta
l’incapacità del
sistema
posturale fine di
smorzare
le
oscillazioni
Mancanza
di
aggiustamento
posturale nelle
rachialgie
Affezioni
che
modificano
la
simmetria
dl
tono dei muscoli
paravertebrali
L’energia ( E ) è proporzionale alla frequenza ( Hz ) .Se ad esempio abbiamo una oscillazione pari a
0,2 Hz sec. , questa ha un energia < di una oscillazione pari a 3Hz , e così via .Come si vede dal
grafico a seguire avremo :
mm o cm
>E
<E
Hz sec.
L’onda rappresenta la posizione o meglio la possibilità che questa si trovi in un luogo ; maggiore è
l’ampiezza dell’onda in un punto, maggiore è la probabilità che la particella ( oggetto ) sia lì .
Attualmente , in taluni applicativi ( es. Sistema Milletrix della Phisical Gait © ) secondo
l’interpretazione di fondo che attualmente sottende l’analisi del movimento detta teoria delle
complessità l’analisi dello spettro di frequenza della potenza , darebbe informazioni utili
nell’ambito del 50% , del 95% , e della frequenza centroidale come mostrato nella tabella 4 .
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R.Schiffer –Biometria digitalizzataTab.4
Indicatore
Spettro di frequenza di
potenza 50%
Spettro di frequenza di
potenza 95%
Frequenza centroidale
Definizione
Significato clinico
E’ la frequenza al di sotto della quale
si trova il 50% della potenza della
serie
E’ la frequenza al di sotto della quale
si trova il 95% della potenza della
serie
E’ la frequenza attorno alla quale è
concentrata la massa dello spettro di
potenza .Si parla anche di zero
crossing frequency , numero medio
nell’unità
di
tempo
,
di
attraversamenti dello zero nella serie
temporale considerata .
Differisce e varia ad OA , OC e per età
Differisce e varia ad OA , OC e per età
Aumenta soprattutto ad oc e con l’età
Si parla di frequenza e media con un significato clinico ancora incerto in quanto si può al momento
, in base alla letteratura disponibile , solo vedere che c’è diversità fra valori ottenuti ad OA , OC e in
base all’età .
Una curiosità o forse un qualcosa che il tempo potrà tanto esaltare o sminuire . Sempre derivando
dagli studi del Fourier ( ‘600 ) , se tutti i segnali o gran parte di essi possono essere rappresentati
come composti dalla somma di forme d’onda semplici , così si può ricostruire un segnale
complicato sommando segnali elementari .
Un suono è un segnale periodico , un rumore è aperiodico.La velocità con cui vibra una corda è
dovuta alla sua dimensione e alla tensione su di essa esercitata: ma mai alla forza che la colpisce .
Pertanto se noi a caso prendiamo alcune delle frequenze che ci vengono indicate da vari autori come
essere indicatori diretti o indiretti di una o più strutture del corpo che possono funzionare o essere
alterate , mediante la rilevazione stabilometrica e sempre nel dominio delle frequenze , compilando
come da tabella 5 a seguire le varie scale delle note musicali , noi abbiamo che l’oscillazione
fondamentale a 0,3 Hz ( v.Gagey ) suona come un MI quando il sistema posturale funziona .
Se esiste una mancanza nell’aggiustamento posturale , come nelle rachialgie ,l’onda fondamentale a
0,2 Hz suona come un DO .
La banda che nello spettro và da 0,16 a 0,24 Hz , suona un motivo con note in successione come :
MI ,FA,SOL,LA,SI , indicandoci che i nostri muscoli paravertebrali hanno qualche problema .
Ta.5 Analisi in frequenza delle note musicali .
DO
RE
MI
FA
SOL
LA
SI
261,6
294
330
349
392
440
494
130,8
147
165
174,5
196
220
247
65,4
73,5
82,5
87,2
98
110
123,5
32,7
36,75
41,25
43,6
49
55
61,7
16,35
18,37
20,62
21,8
24,5
27,5
30,8
8,17
9,18
10,31
10,9
12.25
13,75
15,43
4,08
4,59
5,15
5,45
6,12
6,87
7,71
2,04
2,29
2,57
2,72
3,06
3,43
3,85
1.02
1,14
1,28
1,36
1,53
1,71
1,92
0,51
0,57
0,64
0,68
0,76
0,85
0,96
0,25
0,28
0,32
0,34
0,38
0,42
0,48
0,12773
0,14
0,16
0,17
0,19
0,21
0,24
0,063867
0,07171
0,0805468
0,085
0,095625
0,106875
0,120546
10
R.Schiffer –Biometria digitalizzata0,0319335
0,035859375
0,0402734
0,0425
0,0478125
0,0534375
0,060273437
0,015966796
0,017929297
0,02136718
0,02125
0,023906
0,026718
0,030136718
Di conseguenza è possibile preconizzare che in un futuro non lontano si possano effettuare delle
stabilometrie che nel dominio delle frequenze ,in base alla conversione in suoni , possano
caratterizzare e studiare le varie patologie in merito alle note ottenute , potendo distinguere
soprattutto fra soggetto normale e patologico .
Conclusioni
La natura genera grandezze che anziché una curva a campana seguono una legge di distribuzione
deregolata da una legge di potenza .La legge di potenza non ha un picco , ma una curva decrescente
con continuità .
Molti piccoli eventi coesistono con pochi grandi eventi . Eventi straordinari che in una curva a
campana sono esclusi .In natura gran parte delle reti complesse ha un grado di distribuzione regolata
da una legge di potenza : si hanno le reti a invarianza di potenza .
Come hanno segnalato i fisici , è raro che le leggi di potenza emergano in sistemi interamente
affidati ad un lancio di dadi , piuttosto segnalano un passaggio dal disordine all’ordine .
La natura non ama le leggi di potenza .Nei sistemi più comuni le grandezze seguono una curva a
campana e le correlazioni decrescono regolarmente secondo le leggi esponenziali .Se un sistema è
costretto a subire una transizione di fase , in questo caso emergono le leggi di potenza , segno
inequivocabile in natura che il caos stà facendo posto all’ordine .
La teoria delle transizioni ci mostra che la strada dal disordine all’ordine è tenuta insieme dalle
potenti forze dell’autorganizzazione e governata dalle leggi di potenza .
I sistemi il cui comportamento non può essere spiegato solo sommando le azioni parziali delle loro
componenti sono noti come sistemi non lineari ed esibiscono una dinamica estremamente
complessa.
Un sistema non lineare mostra comportamenti erratici anche quando la sua descrizione matematica
è completamente deterministica .Se si segue l’evoluzione di un tale sistema nel tempo , il risultato
finale sarebbe molto diverso da quello che si otterrebbe compiendo un altro ciclo partendo dalla
stesse condizioni iniziali ( universi paralleli? ) .
E’ praticamente quello che succede quando si effettua una prova stabilometrica , baropodometrica ,
di gait analysis , e si vanno a contare i valori ottenuti ( LLT , RA , Vmin , ecc. ) o si analizzano i
grafici ( SK , SB , R.media , R.parziale ecc.) .
Si nota che variano continuamente .Cioé non sono mai uguali e rientrano nelle previsoni di natura
probabilistica , presentando i caratteri del’ergodicidità ( variabili intra-interindiviudali con valori
che rientrano in range ottenibili con studi osservazionali ) .
Un modo efficiente per studiare un sistema complesso è quello di scomporlo in parti più semplici ,
comprenderne il funzionamento e poi cercare di ricomporre il sistema originale .
La complessità di un sistema è data dalla quantità di informazione necessario per descriverne la
regolarità .Purtroppo secondo il principio di indeterminazione vale la proposizione inversa :
maggiore è la certezza da un lato , minore lo è dall’altro .Di conseguenza qualsiasi misurazione ,
osservazione che renda più esatto il valore di una certa grandezza automaticamente fa diminuire la
precisione con cui conosciamo la complementare .La misura è nei fatti un azione di disturbo del
sistema .
Nel trattare il sistema uomo , noi dobbiamo considerare nell’ambito di una riprogrammazione
posturale che abbiamo a che fare con due tipi di memoria .La memoria procedurale o implicita , che
è un sistema mnemonico dato da una serie di processi che interessano : l’amigdala , lo striato e il
cervelletto .Esso consente di associare sensazioni come paura o felicità ; consolidare pratiche
11
R.Schiffer –Biometria digitalizzatamotorie e forse cognitive ; apprendere nuove abilità motorie o attività coordinate . Interessa
l’assuefazione , la sensibilizzazione e il condizionamento .
La memoria conscia o memoria esplicita ( dichiarativa ) è il ricordo cosciente di persone , luoghi ,
oggetti , fatti ed eventi .
Gli studi sui correlati dell’abituazione e della sensibilizzazione furono effettuati sulla cellula R2 , o
cellula gigante dell’Aplisya da Kandel e Tauc nel 1965 .Anche un comportamento semplice può
essere modificato dall’apprendimento .La mappatura delle connessioni fra singole cellule
individuate fu opera sempre di Kandel e altri nel 1967 .
Con l’esperienza le sinapsi cambiano : nel 1983 lo stesso autore con Hawkins e Carew hanno
rilevato una componente presinaptica , un rafforzamento del meccanismo che contribuisce alla
sensibilizzazione .Nel 1992 si è scoperto che il neurone sensoriale usa il glutammato come
trasmettitore ( Kandel , Dalen ) .
La memoria per il tempo musicale pare essere dovuta al cervelletto che pare contenere un
metronomo per la nostra vita quotidiana .E’ in grado di ricordare i settaggi che usa per
sincronizzarsi sulla musica mentre la sentiamo e può ricordarli quando vogliamo cantare a memoria
un brano .
Anche i gangli basali organi della successione hanno un ruolo nel generare e dare forma a ritmo (
lunghezza delle note ) , tempo ( andamento e velocità ) , metro ( quando e come ) .Il tronco
encefalico , il nucleo cocleare possono distinguere fra assonanza e dissonanza prima che intervenga
la corteccia .
Secondo i grandi psicologi della percezione ( Helmoltz , R.Gregory, I.Rook , R.Shepard ) la stessa
sarebbe un processo d’inferenza e implicherebbe l’analisi delle probabilità .
Inoltre il cervelletto essendo la parte del SNC coinvolta nel timing ( tenere il tempo ) e nella
coordinazione di movimenti corporei , collaborerebbe con l’emisfero sx che percepisce e produce
ritmo mentre il destro ne estrae il metro .
Sembrerebbe tutto facile e logisticamente semplice .Ma non è così . Il famoso “ Nihil est in
intellectu quod prius non fuerit in sensu “ della concezione aristotelica-atomistica , ci deve
ricordare che ad essa si opposero varie concezioni differenti di una esperienza interna di qualsiasi
origine .Dove , secondo Platone si ipotizzavano idee innate ; S.Agostino parla di illuminazione ,
mentre Bergson di intuizione .
Se seguiamo alcuni recenti autori ( Manzotti , Tagliasco 2008 ) , la mente non è nel cervello né
fuori del cervello ; si identifica in una serie enorme di processi che si sviluppano nel tempo e nello
spazio .Che hanno inizio nell’ambiente esterno e terminano nelle strutture cerebrali del soggetto
.L’esperienza ha inizio nel mondo esterno e termina con l’attività neurale all’interno del cervello : si
tratterebbe di un processo fisico , dato da un flusso di venti concatenati causalmente tra di loro ; la
successione è invece una serie di eventi privi di connessione causale diretta .
La difficoltà di applicare in clinica quanto si ottiene mediante la ricerca di base , è tuttora un limite
pratico .Ogni ricercatore che si interessa di analisi del movimento , dovrebbe sempre tenere presente
l’obiettivo finale :la modificazione pratica di una realtà .Pertanto la a scelta degli indicatori per ogni
tipo di progetto può variare enormemente .
Nella ricerca di base , le variabili da studiare possono essere , multiple o singole , e comunque tutte
da correlare ad eventuali patologie sia per sensibilità che per specificità .Tutte , facendo parte di un
progetto che si basa su ipotesi o congetture dovranno essere poi confermate mediante loro verifica
che porti a loro validazione o a confutazione .
Nella valutazione strumentale per ricerca clinica , in cui l’aspetto decisionale è preminente , le
variabili solitamente è raccomandabile che siano singole o la massimo doppie o triple , in quanto la
loro verifica o confutazione deve portare a dare risposte certe , applicabili ( ecologiche ) , al minor
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R.Schiffer –Biometria digitalizzatacosto , con pochi rischi per il paziente. L’ecologicità di una innovazione si gioca tutto nel semplice
divenire quotidiano .
In questo ambito deve prevalere l’aspetto efficacia sull’aspetto efficienza ; il rapporto
rischio/beneficio deve sempre tendere al denominatore .E quindi l’indicatore applicabile deve
potere modificare in positivo ( per il paziente ) l’aspetto terapeutico .Deve rappresentare un valore
aggiunto , e non deve essere fine a se stesso .
Quindi se si utilizza o l’analisi di Fourier o lo spettro di potenza , in entrambi i casi è necessario che
in ultimo sia la patologia ad essere curata e la disabilità modificata .Entrambe sì con efficienza ma
soprattutto con efficacia .Giova ricordare a tale proposito che la scienza tende a progredire non
tanto sulla stratificazione delle conoscenze acquisite , ma quando si confuta quanto prima
dimostrato .
Per l’usabilità di taluni indicatori , è utile aver presente un aneddoto storico.
Il cocchiere di Tycho Brahe , eminente astronomo danese del ‘600 , un giorno vedendo che il suo
padrone continuava a calpestare sul terreno qualcosa di troppo biologico , mentre era assorto nei
suoi pensieri , ebbe a dirgli : “…….signore , sicuramente lassù siete un grande .Ma se scendeste un
poco sulla nostra terra , evitereste sicuramente di sporcarvi continuamente i piedi “.
Da quanto presentato è evidente che al momento dal punto di vista applicativo , solo grazie a certi
autori ( Gagey , Cesarani , Alpini , Bricot , Prieto , Yamada , Buratto , Boccardi ) si hanno come
riferimento certi indicatori come : cmq , lunghezza della traccia , Fourier , spettro di potenza ,
permanenza raggio , lunghezza del passo .
Tali indicatori a oggi hanno una forza di evidenza pari ad un livello C ( basata sull’ opinione
generale , evidenza orientata sulla malattia , pratica clinica usuale , opinione di esperti , serie di casi
clinici ) del sistema SORT : Stregth of Reccomendation Taxonomy .
Ogni laboratorio di biometria digitalizzata dovrebbe essere a conoscenza di tali parametri tuttora
confutabili .Dovrebbe utilizzarli nella refertazione quotidiana ai fini di progettare un trattamento
terapeutico , dare un obiettivo , controllare a distanza le variabili scelte ai fini della modificabilità
prognostica .
Qualsiasi riprogrammazione posturale sottoposta a qualsivoglia tipo di trattamento terapeutico (
farmacologico , chirurgico , riabilitativo , ortesico ) deve prevedere i tempi della osservazione con
raccolta dei dati , loro analisi ( discussione e scelta ) , loro applicazione clinica .
E questo anche se qualcuno sostiene che : “ in attesa che l’entropia si compia non possiamo
prendere decisioni e dobbiamo vivere sospesi “ .
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R.Schiffer –Biometria digitalizzataBibliografia
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