Simulazioni predittive del cammino mediante modelli di dinamica muscoloscheletrica

Le simulazioni computazionali di dinamica del movimento mediante modelli muscoloscheletrici consentono di stimare quantità non misurabili direttamente e di valutare/studiare scenari clinici e/o chirurgici ipotetici. Quest’ultimo aspetto è trattato con simulazioni basate sul Forward Approach, tramite cui è possibile stimare un movimento (cinematica) a partire da un comando neurale noto. Il sistema nervoso centrale risolve un problema complesso e composto di vari sotto obiettivi, tecniche basate sulla teoria dei controlli e metodi di Optimal Control sono impiegate per risolvere il problema del controllo motorio mediante simulazioni predittive. Il software OpenSim Moco, mediante la collocazione diretta, permette l’utilizzo di metodi avanzati di optimal control per descrivere il controllo motorio tramite una funzione costo composta da più sotto task, da minimizzare rispettando vincoli cinematici e dinamici del sistema multicorpo. L’obiettivo dell’elaborato è la realizzazione di una simulazione predittiva di camminata, con modelli muscoloscheletrici. È stato realizzato un workflow caratterizzato da due step: realizzazione di una condizione iniziale e di una simulazione predittiva. Il primo step è ottenuto tracciando file sperimentali, per generare cinematica e attivazioni del movimento più realistiche. Nel secondo step è realizzato un problema di optimal control con l’obiettivo di ottenere una camminata ‘normale’ aggiungendo progressivamente Goals da minimizzare. Lo studio esplorativo ha permesso di valutare il software, risultato intuitivo, - grazie all’interfaccia “user friendly” - e personalizzabile, e di ottenere cinematiche 'verosimili' con attivazioni in miglioramento progressivo all’aumentare della complessità della funzione costo. Tuttavia, alcune problematiche sono emerse (es. attivazioni differenti dall’EMG e ad angoli di flesso-estensione di caviglia molto differenti dalla cinematica di confronto), che saranno oggetto di valutazioni future