Feedback propriocettivo muscolare

Il feedback propriocettivo muscolare alimenta il cervello con informazioni relative alla velocità istantanea e alla direzione dei movimenti in corso.

In questo articolo, scopriamo se la relazione invariante tra la velocità e la curvatura di una traiettoria, ovvero la legge di potenza dei due terzi, trova riscontro nel feedback muscolare.

Vettori neuronali propriocettivi e vettori di movimento

Sono state registrate sessanta afferenze unitarie appartenenti a sei gruppi muscolari della caviglia, utilizzando microelettrodi intraneurali. Le dieci traiettorie di movimento sono state ottenute durante la scrittura a mano di lettere e numeri e successivamente sono state imposte all’articolazione della caviglia.

L’analisi dei dati sensoriali è stata condotta mediante il “modello vettoriale della popolazione”. Quindi, in finestre temporali consecutive di 200 ms, è stato costruito un vettore somma che rappresentava l’attività risultante del fuso muscolare di tutti i muscoli che circondano l’articolazione della caviglia.

Ogni traiettoria di movimento è stata anche descritta da una serie di vettori che rappresentavano la velocità tangenziale durante le stesse finestre temporali consecutive di 200 ms (“vettogrammi di movimento”).

Un confronto visivo tra movimento e vettogrammi neuronali mostra che i due gruppi di vettori si sono rivelati molto vicini sia per quanto riguarda la loro direzione che per la loro ampiezza, lungo tutta la traiettoria di ogni movimento di scrittura.

Aggiungendo i vettori dalla testa ai piedi, è stato possibile non solo ricostruire ogni traiettoria di movimento ma anche costruire la traiettoria che è rappresentata dai messaggi propriocettivi. La forma di ogni movimento di scrittura è riconoscibile nella corrispondente traiettoria neuronale evidenziando il fatto che i vettori neuronali contengono informazioni accurate riguardanti il ​​percorso del movimento nello spazio.

Una valutazione quantitativa della capacità delle afferenze del fuso muscolare di codificare le traiettorie di movimento è stata ottenuta utilizzando un’analisi di intercorrelazione sia sulla direzione che sull’ampiezza di ciascun gruppo di vettori.

Le direzioni dei vettori neuronali erano parallele a quelle del movimento dei vettori. Per alcuni movimenti, uno dei vettori ha deviato nella direzione del corrispondente vettore di movimento: ciò corrispondeva a una parte della traiettoria in cui la direzione del movimento cambiava bruscamente.

Subito dopo è stato recuperato il parallelismo delle due curve. Questo parallelismo è stato reso evidente dagli alti coefficienti di correlazione ottenuti indipendentemente dalla traiettoria del movimento. Anche le ampiezze di entrambi i gruppi di vettori risultavano altamente correlate, nonostante l’analogia fosse meno ovvia rispetto alle direzioni dei vettori.

Il feedback propriocettivo e la legge di potenza dei due terzi

Poiché i movimenti imposti sono stati digitalizzati sulla base di movimenti reali di scrittura a mano, ci siamo chiesti se il feedback propriocettivo dimostrasse la stessa relazione inversa tra curvatura e velocità, come è noto per i movimenti volontari (legge di potenza dei due terzi).

Per rispondere a questa domanda, è stato prima necessario segmentare ogni movimento e traiettoria neuronale in unità di azione successive, all’interno delle quali si potesse indagare la presenza della legge di potenza dei due terzi.

I risultati di questa segmentazione si sono rivelati conclusivi, perché il numero di unità di azione era lo stesso sia per il movimento che per le traiettorie neuronali per la maggior parte dei segni grafici, e il loro posizionamento nel tempo era molto vicino.

Dopo questo primo passaggio analitico, abbiamo calcolato la correlazione lineare tra la velocità angolare e la curvatura2/3 sia per il movimento che per le traiettorie neuronali, rappresentando graficamente la relazione lineare tra questi due parametri all’interno di ciascun segmento per entrambi i tipi di traiettoria: la legge di potenza dei due terzi, espressa nelle traiettorie di movimento, veniva rispettata anche dalle traiettorie neuronali.

Si conclude che la curvatura e la velocità delle traiettorie neuronali che rappresentano l’intero feedback propriocettivo proveniente da tutti i muscoli che agiscono sull’articolazione, sono inversamente correlate e obbediscono alla legge di potenza dei due terzi.

Fonte bibliografica: Frederic Albert, Edith Ribot-Ciscar, Michel Fiocchi, Mikael Bergenheim, Jean-Pierre Roll, Proprioceptive feedback in humans expresses motor invariants during writing in Experimental Brain Research (2005) 164.