Decodifica neurale dalla corteccia premotoria dorsale di macaco durante i movimenti di reaching: confronto tra coordinate spaziali e parametri biomeccanici per applicazioni BCI

Questa tesi esplora il ruolo dell’area premotoria dorsale e della sua porzione caudale F2 nel rappresentare i movimenti dell’arto superiore, con l’obiettivo di chiarire se le informazioni codificate siano di tipo spaziale (coordinate estrinseche) o biomeccanico (variabili intrinseche articolari e muscolari). Un macaco (Macaca fascicularis) è stato addestrato a compiere movimenti di reaching verso bersagli disposti nello spazio tramite un braccio meccanico, mentre venivano registrati i potenziali d’azione con sistemi intracorticali di array Utah e i movimenti oculari con eye-tracking. La cinematica dell’arto è stata ricostruita in coordinate 3D mediante un approccio markerless (DeepLabCut e Anipose) e successivamente ricreata con un modello biomeccanico dell’arto in OpenSim per stimare angoli, velocità, accelerazioni articolari e lunghezze muscolari. I dati neurali sono stati organizzati per trial, normalizzati e utilizzati per addestrare, in cross-validazione, una rete neurale ricorrente (LSTM) finalizzata alla decodifica di cinque famiglie di variabili: coordinate spaziali del polso, angoli articolari, velocità articolari, accelerazioni articolari e lunghezze muscolari. Le prestazioni sono state valutate tramite R² medio. I risultati mostrano che le coordinate spaziali del polso sono predette con maggiore accuratezza rispetto alle altre variabili. Anche le lunghezze muscolari hanno evidenziato buone performance di decodifica, mentre angoli e velocità articolari risultano meno affidabili. Nel complesso, i dati suggeriscono che F2 rappresenti in modo più stabile lo stato spaziale del gesto e, in misura non trascurabile, lo stato muscolare, rispetto ai dettagli dinamici del movimento. Queste evidenze hanno implicazioni dirette per lo sviluppo di interfacce cervello-computer (BCI) orientate alla decodifica delle posizioni e degli stati finali dell’azione.