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Chiara De Giorgi

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Destra o sinistra? Te lo dice l’elettricità nel cervello!

Uno studio coordinato dalla Sapienza mostra come le scelte elettorali possano essere predette da specifiche attività elettriche cerebrali.

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Le scelte elettorali possono essere predette da specifiche attività elettriche cerebrali. Immagine di Mohamed Hassan

Un nuovo studio pubblicato su Scientific Reports, una prestigiosa rivista del gruppo Nature, mostra come le scelte elettorali possano essere predette da specifiche attività elettriche cerebrali. La ricerca è il risultato del lavoro di un gruppo interdisciplinare di neuroscienziati, psicologi e politologi, nato dalla collaborazione tra Sapienza Università di Roma, Kingston University London, Luiss Guido Carli, Università di Roma “Tor Vergata” e Università di Melbourne.

Lo studio è stato condotto nelle cinque settimane precedenti le elezioni europee 2019, in cui il dibattito politico era dominato dalla contrapposizione fra i partiti populisti e i partiti mainstream. I partecipanti alla ricerca hanno preso parte a un sondaggio pre-elettorale con frasi che esprimevano posizioni più o meno populiste in relazione a un’ampia gamma di tematiche, dall’immigrazione all’economia, all’Unione europea. Tuttavia, a differenza di un tradizionale sondaggio pre-elettorale, i partecipanti hanno risposto al sondaggio mentre veniva registrata la loro attività cerebrale, presso il laboratorio diretto da Viviana Betti del Dipartimento di Psicologia della Sapienza.

Gli autori hanno utilizzato un elettroencefalografo (EEG), uno strumento che registra l’attività elettrica del cervello. In particolare, l’interesse è stato focalizzato sulla N400, una attività elettrica cerebrale che si manifesta come un’onda che viene prodotta dal cervello ogni qual volta ci troviamo di fronte a informazioni in disaccordo con le nostre convinzioni. Nella settimana successiva al voto tutti i partecipanti sono stati ricontattati ed è stato loro chiesto per quale partito avessero votato. L’aspettativa degli studiosi, confermata poi dai risultati, era che il cervello dei partecipanti rispondesse con una onda N400 ad ogni frase che fosse in disaccordo con le proprie convinzioni di natura politica, e che l’ampiezza dell’onda N400 predicesse il voto.

In effetti, i risultati hanno dimostrato che il cervello rispondeva in modo diverso a seconda delle convinzioni politiche dei partecipanti: l’onda N400 si manifestava in modo deciso al disaccordo politico, ad esempio in risposta a contenuti populisti in partecipanti simpatizzanti per partiti non populisti. Non solo. L’ampiezza di questa risposta cerebrale era in grado di predire, con un’elevata accuratezza, se i partecipanti avessero in seguito espresso un voto populista o un voto per un partito mainstream, con una capacità predittiva superiore a classici predittori di voto tipicamente usati nelle predizioni elettorali. Un dato sorprendente è che il segnale cerebrale N400 era evidente in risposta a frasi riguardanti tematiche economiche, come il reddito di cittadinanza. In sostanza, il cervello si attivava in modo diverso per contenuti populisti e non populisti, ma solo quando questi contenuti erano legati a questioni economiche piuttosto che a questioni tradizionalmente legate al populismo, come il sovranismo o l’avversione all’establishment.

Cosa ci dicono i risultati di questo studio? Innanzitutto che la registrazione dell’attività cerebrale, in aggiunta alle risposte esplicite ai sondaggi, consente un aumento della capacità predittiva dei sondaggi stessi. E non è difficile capirne il perché se si pensa che spesso le risposte ai sondaggi, di qualunque tipo essi siano, sono influenzate dal cosiddetto social desirability bias, ovverosia la tendenza a fornire risposte socialmente accettabili. In questo senso, la registrazione dell’attività cerebrale consente di “bypassare” la risposta esplicita delle persone e di accedere a opinioni o attitudini più veritiere.

Un altro potenziale vantaggio della registrazione dell’attività cerebrale riguarda i votanti indecisi. Già in uno studio precedente del 2016, condotto da uno degli autori nei giorni precedenti il referendum sulla Brexit, le risposte cerebrali dei votanti indecisi furono predittive del successivo voto “Leave” o “Remain”. A dimostrazione del fatto che i votanti indecisi possono avere delle preferenze “embrionali”, non ancora consapevoli, che tuttavia possono essere rilevate tramite l’attività cerebrale.

I tradizionali sondaggi pre-elettorali hanno sicuramente dei vantaggi rispetto alla misurazione dell’attività cerebrale, non ultimo la possibilità di raccogliere informazioni da un numero elevato di persone con costi e tempi ridotti. Tuttavia, i risultati di questo nuovo lavoro dimostrano come l’utilizzo di metodi neuroscientifici consenta una predizione più accurata e dettagliata. Sulla scia di studi di neuroeconomia, che hanno dimostrato come le risposte cerebrali del singolo individuo possano predire scelte collettive, si può suppore che questo studio sia un primo passo verso una “neuropredizione” delle scelte elettorali.

Riferimenti:

Early EEG responses to pre-electoral survey items reflect political attitudes and predict voting behavior  – Giulia Galli, Davide Angelucci, Stefan Bode, Chiara De Giorgi, Lorenzo De Sio, Aldo Paparo, Giorgio Di Lorenzo & Viviana Betti – Scientific Report. DOI: https://doi.org/10.1038/s41598-021-96193-y

 

Testo dal Settore Ufficio stampa e comunicazione Sapienza Università di Roma sullo studio che mostra come attività elettriche cerebrali possano permettere di predire le scelte elettorali.

Sensori stampabili per un approccio orientato al paziente
Un gruppo di ricercatori del Dipartimento di Psicologia della Sapienza e dell’IRCCS Fondazione Santa Lucia, in collaborazione con Braintrends, azienda italiana di neuroscienze e tecnologie applicate con sede a Roma e con il Dipartimento di Ingegneria dell’informazione dell’Università di Padova, ha elaborato e proposto sulla rivista Scientific Reports un nuovo sistema di elettrodi a basso costo e personalizzato per il riconoscimento dei gesti. La ricerca ha grandi applicazioni nella riabilitazione da malattie o lesioni neuromotorie.

Sensori stampabili per un approccio orientato al paziente

L’elettromiografia di superficie (sEMG) rappresenta l’approccio classico e non invasivo per indagare l’attività muscolare: due elettrodi collocati sulla pelle misurano la differenza di tensione tra le due posizioni sopra il muscolo da esaminare, permettendo di registrare l’attività muscolare durante qualsiasi attività motoria, come la presa di un oggetto, il movimento degli arti e persino l’andatura.

Ecco perché tale metodica è molto utilizzata nella realizzazione e nel controllo di protesi robotiche come interfaccia muscolo-computer per il controllo dei dispositivi riabilitativi: in questo contesto svolge un ruolo rilevante il riconoscimento di gesti specifici, o gesture recognition, basato sulla sEMG con l’obiettivo di interpretare i gesti umani attraverso algoritmi matematici.

sensori stampabili paziente
Sensori stampabili per un approccio orientato al paziente

Un team di ricercatori coordinato da Viviana Betti del Dipartimento di Psicologia della Sapienza, in collaborazione con l’azienda romana di ricerca applicata in neuroscienze BrainTrends e l’Università di Padova, ha sviluppato dei sensori a basso costo, di facile utilizzo e velocemente realizzabili grazie alla stampa a getto d’inchiostro, per acquisire e analizzare i segnali sEMG.

Lo studio, condotto presso il laboratorio di Neuroscienze e tecnologie applicate dell’IRCCS Santa Lucia e pubblicato sulla rivista scientifica Scientific Reports, ha visto anche la collaborazione del Consorzio nazionale inter-universitario per le telecomunicazioni di Roma (Cnit) e il Centro nazionale di neurologia e psichiatria giapponese (Ncnp).

Sensori stampabili per un approccio orientato al paziente

I sensori sono stati realizzati con inchiostri a base di nanoparticelle d’argento (AgNP), ampiamente impiegati per la prototipazione rapida di elettrodi sEMG. Rispetto ai nanomateriali emersi e utilizzati negli ultimi anni, come grafene, nanofili d’argento e nanotubi di carbonio, che mostrano significativi limiti quali mancanza di riproducibilità, conduttività limitata, instabilità e costi solitamente elevati, gli inchiostri AgNP commerciali sono molto più stabili e riproducibili, garantendo migliori prestazioni. Inoltre, tali sensori sono progettabili in modo completamente personalizzato, a seconda dell’applicazione e delle esigenze dell’utente finale.

Finora l’impiego dell’elettromiografia di superficie nel campo delle neuroscienze per misurare il segnale elettromiografico durante scenari di vita quotidiana, è stato limitato a causa di complesse procedure di fabbricazione, materiali costosi e la necessità di una notevole preparazione degli operatori. Questa ricerca propone invece un completo cambio di paradigma nella prototipazione e nella produzione di sensori sEMG stampabili: introduce una tecnologia di fabbricazione print and play ultrarapida, economica e sfruttabile da qualsiasi laboratorio, per sistemi di misurazioni elettrofisiologiche personalizzabili, anche senza specifiche competenze. L’idea è di fornire ai clinici una piattaforma di fabbricazione costituita da strumenti di facile impiego. A questo scopo il team di ricerca è stato in grado di ottimizzare ogni fase del processo produttivo, per mantenere bassi i costi, e tutti i materiali necessari sono disponibili in commercio.

“Abbiamo progettato matrici sEMG a 8 canali per misurare l’attività muscolare dell’avambraccio, utilizzando inchiostri innovativi a base di nanoparticelle d’argento per stampare i sensori direttamente incorporati in ogni matrice, con una stampante commerciale a getto d’inchiostro – dichiara Viviana Betti della Sapienza – abbiamo poi acquisito i dati sEMG multicanale dai 12 partecipanti, mentre eseguivano ripetutamente dodici movimenti standard delle dita, sei estensioni e sei flessioni”.

I sensori sono risultati in grado di registrare valori significativamente simili tra le differenti ripetizioni di uno stesso gesto, per ciascun partecipante, e una differenza abbastanza ampia tra i diversi movimenti.

Confrontati vari modelli predittivi, è emerso un buon livello di accuratezza complessiva della classificazione nel riconoscimento di specifici gesti delle dita della mano (93-95%), sia per la flessione che per l’estensione.

“Infine – continua Betti – utilizzando simulazioni FEM, (metodo a elementi finiti) si potrebbero ottenere anche ulteriori personalizzazioni dell’acquisizione sEMG, per adattarla a diversi scopi: rendendola, ad esempio, meno invadente nel monitoraggio continuo nella vita quotidiana, o con una configurazione più densa per test clinici molto fini, durante l’allenamento motorio”.

A differenza di numerose altre interfacce uomo-macchina che, come ampiamente dimostrato, hanno una buona trasduzione del segnale e classificazioni appropriate e accurate, la trasduzione del segnale EMG resta invece un punto critico, in particolare per quelle applicazioni che richiedano geometrie di elettrodi personalizzate e che si adattino a esigenze specifiche del paziente.

Questo lavoro contribuisce agli sforzi della ricerca sullo sviluppo di strumenti nuovi e a basso costo, che permettano di evolvere verso applicazioni indossabili, scalabili e personalizzabili. Il fine ultimo del lavoro è aiutare pazienti e operatori sanitari a migliorare la pratica clinica e la fase di riabilitazione da malattie o lesioni neuromotorie, con un approccio al paziente sempre più personalizzato.

 

Riferimenti:

Inkjet-printed fully customizable and low-cost electrodes matrix for gesture recognition – Giulio Rosati, Giulia Cisotto, Daniele Sili, Luca Compagnucci, Chiara De Giorgi, Enea Francesco Pavone, Alessandro Paccagnella, Viviana Betti. Scientific Reports 2021 DOI: https://doi.org/10.1038/s41598-021-94526-5

Testo e foto dal Settore Ufficio stampa e comunicazione Sapienza Università di Roma