ID:
509084
Durata (ore):
70
CFU:
9
SSD:
Bioingegneria
Anno:
2026
Dati Generali
Periodo di attività
Secondo Semestre (01/03/2027 - 11/06/2027)
Syllabus
Obiettivi Formativi
L’obiettivo del corso è fornire allo studente le conoscenze di base relative all’anatomia e alla fisiologia del sistema nervoso centrale, con particolare riferimento alle funzioni sensoriali e motorie, ai principi del controllo motorio da un punto di vista computazionale e ai principali approcci per la valutazione quantitativa del movimento e della postura. Il corso mira inoltre a fornire le conoscenze relative alla strumentazione comunemente impiegata nella valutazione funzionale del movimento e nella riabilitazione sensori-motoria, nonché ai criteri di progettazione, scelta e personalizzazione delle protesi d’arto.
Al termine del corso, lo studente sarà in grado di: conoscere e comprendere i principali aspetti anatomici e fisiologici del sistema nervoso centrale e i principi del controllo motorio; conoscere i principali metodi e strumenti per la valutazione quantitativa del movimento e della postura e per la riabilitazione sensori-motoria; applicare le conoscenze acquisite alla definizione di un disegno sperimentale finalizzato alla valutazione quantitativa di un gesto motorio o del recupero funzionale in condizioni patologiche; analizzare ed elaborare dati relativi al movimento e alla funzione sensori-motoria mediante metodologie quantitative appropriate; rappresentare e presentare in modo chiaro e appropriato i risultati delle analisi sperimentali; interpretare e discutere criticamente i dati ottenuti, mettendoli in relazione agli obiettivi dello studio e alle caratteristiche del movimento e del recupero funzionale.
Al termine del corso, lo studente sarà in grado di: conoscere e comprendere i principali aspetti anatomici e fisiologici del sistema nervoso centrale e i principi del controllo motorio; conoscere i principali metodi e strumenti per la valutazione quantitativa del movimento e della postura e per la riabilitazione sensori-motoria; applicare le conoscenze acquisite alla definizione di un disegno sperimentale finalizzato alla valutazione quantitativa di un gesto motorio o del recupero funzionale in condizioni patologiche; analizzare ed elaborare dati relativi al movimento e alla funzione sensori-motoria mediante metodologie quantitative appropriate; rappresentare e presentare in modo chiaro e appropriato i risultati delle analisi sperimentali; interpretare e discutere criticamente i dati ottenuti, mettendoli in relazione agli obiettivi dello studio e alle caratteristiche del movimento e del recupero funzionale.
Prerequisiti
La comprensione degli argomenti del corso presuppone la conoscenza dei concetti di base sui principi di fisiologia umana e di funzionamento di alcune tipologie di trasduttori che vengono solo in parte richiamati durante il corso. Sono inoltre date per acquisite le nozioni di base di controllistica, trasformate di Laplace e funzioni di trasferimento.
Metodi didattici
Lezioni frontali (68 ore/anno in aula), svolte mediante presentazioni in PowerPoint proiettate su schermo e approfondimenti con l’ausilio della lavagna. Le presentazioni utilizzate durante le lezioni sono messe a disposizione degli studenti nella sezione dedicata all’insegnamento sulla piattaforma e-learning KIRO dell’Università degli Studi di Pavia. Durante il corso sono inoltre previste alcune lezioni dimostrative dedicate a una selezione di strumenti e dispositivi, il cui funzionamento e le cui principali modalità di utilizzo vengono illustrati e approfonditi nel corso delle lezioni teoriche.
Verifica Apprendimento
Prova orale in cui lo studente deve dimostrare non solo di avere una buona conoscenza della problematica trattata ma anche di saper proporre possibili soluzioni tecniche. Ogni risposta deve essere motivata e ben argomentata utilizzando un linguaggio tecnico appropriato. Lo studente deve inoltre dimostrare di aver assimilato e rielaborato le informazioni oggetto di studio operando collegamenti logici e analisi critica degli stessi.
La prova orale ha una durata di circa 45 minuti.
La prova orale ha una durata di circa 45 minuti.
Testi
• Dispense del corso
• A. Cappello, A. Cappozzo, P.E. di Prampero (Eds), Bioingegneria della Postura e del Movimento, Patron Editore, Bologna, 2003.
• D. Popovic, T. Sinkjaer, Control of Movement for the Physically Disabled, Springer-Verlag, London, 2000.
• J.M. Winters, P.E. Cargo (Eds), Biomechanics and Neural Control of Posture and Movement, Springer-Verlag, New York, 2000.
• R. Seymour, Prosthetics and Orthotics Lower Limb and Spinal, Lippincott Williams & Wilkins, Baltimora, 2002.
Computational principles of movement neuroscience Daniel M. Wolpert and Zoubin Ghahramani, NNS, 2000
Fisiologia. Molecole, Cellule e Sistemi. Egidio D’Angelo e Antonio Peres, 2006
Lezioni del corso Computational Motor Control Reza Shadmehr, 2011
• A. Cappello, A. Cappozzo, P.E. di Prampero (Eds), Bioingegneria della Postura e del Movimento, Patron Editore, Bologna, 2003.
• D. Popovic, T. Sinkjaer, Control of Movement for the Physically Disabled, Springer-Verlag, London, 2000.
• J.M. Winters, P.E. Cargo (Eds), Biomechanics and Neural Control of Posture and Movement, Springer-Verlag, New York, 2000.
• R. Seymour, Prosthetics and Orthotics Lower Limb and Spinal, Lippincott Williams & Wilkins, Baltimora, 2002.
Computational principles of movement neuroscience Daniel M. Wolpert and Zoubin Ghahramani, NNS, 2000
Fisiologia. Molecole, Cellule e Sistemi. Egidio D’Angelo e Antonio Peres, 2006
Lezioni del corso Computational Motor Control Reza Shadmehr, 2011
Contenuti
Prima parte del corso
Sistema nervoso e controllo del movimento. Il neurone, le cellule gliali. Neuroni, tipologie. Potenziale di membrana. Strutture anatomiche SNC. Organizzazione sensorimotoria. Le aree della corteccia. Localizzazione, Broca e Wernike. Il sistema dei neuroni specchio.
Sistema sensorimotorio. Il sistema somatosensoriale, recettori, via nervosa afferente. Codifica dell'informazione. Percezione. Ciclo sensazione-percezione-azione. Misura della sensazione, psicofisica. Visione, sistema somatosensoriale. Campi recettivi e nuclei di ritrasmissione, interneuroni. Corteccia sensoriale e mappa somatotopica.
MOTORIO. Omuncolo motorio, sistema motorio mediale e laterale. Tratto corticospinale, vie efferenti. Segmento spinale. Movimento riflesso. Riflesso miotatico diretto, sistema di controllo in anello chiuso. Innervazione reciproca, inibizione antagonista. Motoneuroni gamma e fibre intrafusali. Organi tendinei del Golgi e r. miotatico inverso. Muscolo e contrazione muscolare.
Controllo motorio. Teorie e approccio computazionale. Linee di ricerca computazionale. La scelta del movimento, gratificazione e sistema dopaminergico. Ruolo dell'ippocampo e dei gangli della base, caudato.
Movimenti volontari. Invarianti. Morasso, main sequence, funzionali di costo. Rumore biologico nel comando motorio, schema computazionale movimento di reaching.
Cinematica inversa. Dinamica inversa. Controllo di impedenza. Stiffness e ruolo nel controllo dell'equilibrio. Uso dei modelli interni. Controllo feedforward e modello inverso, controllo feedback e osservatore dello stato. La cancellazione delle riafferenze sensoriali, inseguimento lento.
Controllo dell'equilibrio. Movimento volontario e aggiustamenti posturali anticipatori. Esperimento whole body reaching. Perturbazioni e reazioni posturali.
Movimenti oculari. Riflesso vestibulo-oculomotore. Modelli del sistema controllato, modelli dei canali semicircolari. Necessità di un modello interno inverso. I dati sperimentali sul VOR al buio. La dinamica della percezione. Il prolungamento della costante di tempo del VOR. Plasticità e adattamento del VOR, il cervelletto. Stati nascosti nell'adattamento motorio.
Seconda parte del corso
Il segnale EMG di superficie: basi neurofisiologiche, acquisizione ed elaborazione dei segnali.
Richiamo della cinematica e delle variabili cinematiche misurabili con strumentazione, esempio del calcolo della posizione nello spazio del centro di massa del corpo.
Strumentazione per l'analisi cinematica del movimento: wearable, sistemi stereofotogrammetrici e camere RGB-D
Strumentazione per l’analisi cinetica del movimento: pedane di forza, tappeti sensorizzati, solette sensorizzate.
Scale di valutazione funzionale e test funzionali instrumentati.
Test di posturografia statica e dinamica: strumentazione, analisi e rappresentazione grafica dei dati ed interpretazione funzionale.
Test di analisi del cammino: strumentazione, analisi e rappresentazione grafica dei dati ed interpretazione funzionale.
Definizione e validazione di un protocollo sperimentale atto alla valutazione funzionale del gesto motorio e alla quantificazione del recupero funzionale durante programma riabilitativo.
Protesi d’arto inferiore e superiore:
- Definizione di protesi,
- Livelli di amputazione per l’arto superiore e l’arto inferiore,
- Protesi d’ arto inferiore: classificazione e componentistica;
- Protesi d’arto superiore: classificazione e componentistica.
Sistema nervoso e controllo del movimento. Il neurone, le cellule gliali. Neuroni, tipologie. Potenziale di membrana. Strutture anatomiche SNC. Organizzazione sensorimotoria. Le aree della corteccia. Localizzazione, Broca e Wernike. Il sistema dei neuroni specchio.
Sistema sensorimotorio. Il sistema somatosensoriale, recettori, via nervosa afferente. Codifica dell'informazione. Percezione. Ciclo sensazione-percezione-azione. Misura della sensazione, psicofisica. Visione, sistema somatosensoriale. Campi recettivi e nuclei di ritrasmissione, interneuroni. Corteccia sensoriale e mappa somatotopica.
MOTORIO. Omuncolo motorio, sistema motorio mediale e laterale. Tratto corticospinale, vie efferenti. Segmento spinale. Movimento riflesso. Riflesso miotatico diretto, sistema di controllo in anello chiuso. Innervazione reciproca, inibizione antagonista. Motoneuroni gamma e fibre intrafusali. Organi tendinei del Golgi e r. miotatico inverso. Muscolo e contrazione muscolare.
Controllo motorio. Teorie e approccio computazionale. Linee di ricerca computazionale. La scelta del movimento, gratificazione e sistema dopaminergico. Ruolo dell'ippocampo e dei gangli della base, caudato.
Movimenti volontari. Invarianti. Morasso, main sequence, funzionali di costo. Rumore biologico nel comando motorio, schema computazionale movimento di reaching.
Cinematica inversa. Dinamica inversa. Controllo di impedenza. Stiffness e ruolo nel controllo dell'equilibrio. Uso dei modelli interni. Controllo feedforward e modello inverso, controllo feedback e osservatore dello stato. La cancellazione delle riafferenze sensoriali, inseguimento lento.
Controllo dell'equilibrio. Movimento volontario e aggiustamenti posturali anticipatori. Esperimento whole body reaching. Perturbazioni e reazioni posturali.
Movimenti oculari. Riflesso vestibulo-oculomotore. Modelli del sistema controllato, modelli dei canali semicircolari. Necessità di un modello interno inverso. I dati sperimentali sul VOR al buio. La dinamica della percezione. Il prolungamento della costante di tempo del VOR. Plasticità e adattamento del VOR, il cervelletto. Stati nascosti nell'adattamento motorio.
Seconda parte del corso
Il segnale EMG di superficie: basi neurofisiologiche, acquisizione ed elaborazione dei segnali.
Richiamo della cinematica e delle variabili cinematiche misurabili con strumentazione, esempio del calcolo della posizione nello spazio del centro di massa del corpo.
Strumentazione per l'analisi cinematica del movimento: wearable, sistemi stereofotogrammetrici e camere RGB-D
Strumentazione per l’analisi cinetica del movimento: pedane di forza, tappeti sensorizzati, solette sensorizzate.
Scale di valutazione funzionale e test funzionali instrumentati.
Test di posturografia statica e dinamica: strumentazione, analisi e rappresentazione grafica dei dati ed interpretazione funzionale.
Test di analisi del cammino: strumentazione, analisi e rappresentazione grafica dei dati ed interpretazione funzionale.
Definizione e validazione di un protocollo sperimentale atto alla valutazione funzionale del gesto motorio e alla quantificazione del recupero funzionale durante programma riabilitativo.
Protesi d’arto inferiore e superiore:
- Definizione di protesi,
- Livelli di amputazione per l’arto superiore e l’arto inferiore,
- Protesi d’ arto inferiore: classificazione e componentistica;
- Protesi d’arto superiore: classificazione e componentistica.
Lingua Insegnamento
Italiano
Corsi
Corsi
BIOINGEGNERIA
Laurea Magistrale
2 anni
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Persone
Persone (2)
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