Scoperto un nuovo meccanismo della propriocezione che apre la strada a protesi e robot più intelligenti. Uno studio italiano pubblicato sul Journal of the Royal Society Interface rivela il ruolo decisivo dello stiramento della pelle nella percezione della posizione del corpo
La nostra capacità di sapere sempre dove si trovano mani e dita, anche a occhi chiusi, potrebbe dipendere molto più dalla pelle di quanto si sia pensato finora. È questa la sorprendente conclusione di uno studio coordinato da ricercatori dell’Università di Pisa, dell’Istituto Italiano di Tecnologia (IIT) e dell’Università di Roma Tor Vergata, pubblicato sulla rivista scientifica Journal of the Royal Society Interface.
La ricerca dimostra che lo stiramento della pelle durante i movimenti volontari contribuisce in modo determinante alla propriocezione, il cosiddetto “sesto senso” che consente al cervello di conoscere in ogni momento la posizione e il movimento del corpo nello spazio.
La pelle non è un semplice rivestimento: dialoga continuamente con il cervello
Tradizionalmente la propriocezione è stata attribuita quasi esclusivamente ai recettori presenti nei muscoli e nei tendini. Il nuovo studio amplia questa visione, evidenziando come anche la deformazione della pelle rappresenti una preziosa fonte di informazioni che il cervello integra costantemente per controllare i movimenti.
Per verificare questa ipotesi, il team ha sviluppato TWIST (Tactile Wearable Interface for Skin sTretch), un innovativo dispositivo indossabile e non invasivo capace di amplificare lo stiramento naturale della pelle attorno all’articolazione centrale del dito indice.
Durante gli esperimenti, ai partecipanti è stato chiesto di riprodurre con una mano la posizione dell’altra, prima senza dispositivo e successivamente indossando TWIST.
Il dispositivo crea un’illusione percettiva
I risultati hanno mostrato un fenomeno sorprendente.
Quando il dispositivo amplificava lo stiramento della pelle, i volontari percepivano il dito come se fosse più piegato rispetto alla sua posizione reale, modificando inconsciamente il movimento per compensare questa falsa percezione.
«Aumentare lo stiramento della pelle ha portato i partecipanti a comportarsi come se il dito fosse più flesso di quanto non fosse realmente», spiega Eleonora Fontana, ingegnera dell’Università di Pisa e tra le autrici dello studio.
Secondo la ricercatrice, questa rappresenta una prova diretta del fatto che il sistema nervoso utilizza attivamente le informazioni provenienti dalla deformazione della pelle per stimare la postura del corpo.
Un elemento particolarmente significativo rafforza le conclusioni: il semplice utilizzo del dispositivo, quando questo era spento, non produceva alcuna alterazione della percezione. L’effetto nasce esclusivamente dall’amplificazione dello stiramento cutaneo.
Dalla riabilitazione dopo l’ictus alle protesi robotiche
Le potenziali applicazioni di questa scoperta sono numerose e potrebbero rivoluzionare diversi settori della medicina e dell’ingegneria biomedica.
«Le ricadute della nostra ricerca riguardano soprattutto le tecnologie indossabili, che rappresentano il cuore del progetto PERCEIVING, finanziato dal Fondo Italiano per la Scienza (FIS)», afferma Matteo Bianchi, professore di Ingegneria dell’Università di Pisa.
In prospettiva, sistemi analoghi potrebbero:
- migliorare la riabilitazione dei pazienti colpiti da ictus;
- fornire un feedback sensoriale più naturale a chi utilizza protesi robotiche;
- rendere più immersiva la realtà virtuale;
- aumentare la precisione della teleoperazione robotica;
- sviluppare nuove interfacce uomo-macchina basate sul senso del tatto.
Come il cervello interpreta la deformazione della pelle
Da anni il gruppo dell’Università di Roma Tor Vergata studia il contributo dei recettori cutanei al controllo motorio.
«Ogni volta che apriamo e chiudiamo le dita per afferrare un oggetto, la pelle si stira e si deforma secondo schemi molto precisi», spiega Alessandro Moscatelli, professore associato di Fisiologia presso il Dipartimento di Medicina dei Sistemi.
Il cervello utilizza queste informazioni per regolare i movimenti fini della mano.
«Sfruttando questo principio possiamo deformare artificialmente la pelle per creare vere e proprie illusioni percettive del movimento. Proprio come una lente d’ingrandimento fa apparire un oggetto più grande, il dispositivo TWIST induce il cervello a percepire movimenti delle dita più ampi di quelli realmente eseguiti.»
Il futuro: mani artificiali e robot sempre più “consapevoli”
I ricercatori stanno già lavorando a una nuova generazione del dispositivo, capace di agire contemporaneamente su più articolazioni della mano, per comprendere come le deformazioni distribuite della pelle contribuiscano alla percezione dell’intera configurazione della mano.
Le ricadute potrebbero estendersi ben oltre il campo medico.
«Comprendere i principi fisici e neurali che governano la propriocezione non rappresenta soltanto una sfida scientifica», conclude Antonio Bicchi, professore dell’Università di Pisa. «Questa conoscenza costituisce la base per sviluppare la prossima generazione di dispositivi indossabili e robot umanoidi capaci di percepire il proprio corpo e muoversi con la stessa naturalezza degli esseri umani.»
Una scoperta che cambia la visione della propriocezione
Lo studio offre una nuova prospettiva sul funzionamento del sistema nervoso e dimostra che la pelle non è soltanto una barriera protettiva, ma un sofisticato organo sensoriale che contribuisce attivamente alla costruzione della percezione corporea.
Una conoscenza destinata ad avere importanti ricadute nella medicina riabilitativa, nella robotica avanzata, nelle protesi intelligenti e nelle future tecnologie immersive, aprendo nuove frontiere nella comprensione del rapporto tra cervello, corpo e movimento.
