Ogni strumento possiede proprietà fisiche e dinamiche intrinseche che lo rendono ideale per soddisfare un determinato compito. La pianificazione di un movimento, richiede un¿accurata analisi percettiva del tipo di strumento utilizzato e l'ambiente circostante. Dietro le capacità di utilizzo degli strumenti, fondamentale nella vita di tutti i giorni, si nasconde la capacità del cervello di incorporare gli strumenti nella rappresentazione del corpo. In futuro, potremmo non dover più usare le mani, ma saremo direttamente connessi ad uno strumento in maniera virtuale. Compito dei ricercatori, sarà indagare come la nostra attività cerebrale e comportamentale cambierebbe in seguito all¿acquisizione, nel nostro schema corporeo, di uno strumento. Lo scopo del presente progetto sarà dunque quello di implementare, attraverso l¿uso combinato di realtà virtuale immersiva (VR) e una camera ad infrarossi (Leap Motion) per l¿acquisizione della cinematica della mano, uno scenario virtuale in cui i soggetti potranno utilizzare una pinzetta innestata nel braccio virtuale del loro avatar grazie al semplice movimento di opposizione di pollice e indice. In particolare, il progetto si propone di indagare: 1) Il grado di incorporamento (Ownership) ed il senso di Agency evocato dall¿uso di una pinzetta virtuale in tre differenti condizioni di grandezza dello strumento (piccolo - normale - grande); 2) gli effetti conseguenti all¿Embodiment della pinzetta innestata nel braccio virtuale sulla percezione del proprio braccio reale. Ci aspettiamo che la congruenza visuo-spaziale tra la posizione del corpo reale dei partecipanti e il loro avatar virtuale eliciterà un senso di ¿Ownership¿ (appartenenza) verso l¿avatar e di Agency verso lo strumento digitale. Ci aspettiamo che congruentemente a studi sull¿utilizzo di strumenti reali, anche quelli virtuali connessi al braccio virtuale dei soggetti, causeranno una deriva propriocettiva nei confronti della percezione della posizione della mano reale.
Da un punto di vista teorico, molti studi hanno indagato il tool embodiment con strumenti reali, ma nessuno ha mai dimostrato gli effetti di Ownership, agency e di alterazione della percezione corporea sottostanti all¿incorporamento di uno strumento impiantato direttamente al posto della mano. In futuro, sia con lo sviluppo di sistemi sempre più avanzati di chirurgia remota, e connessioni più veloci (vedi il 5g), sia nell¿utilizzo di avatar virtuali (vedi facebook Horizon) muovere le nostre controparti virtuali attraverso la cinematica naturale del nostro corpo sarà la norma. Allo stato attuale invece, vengono ancora usati marker luminosi applicati sulle parti da tracciare per ricavarne dati cinematici da trasferire sugli avatar. Altre tecniche prevedono invece guanti dal costo proibitivo e attrezzature usate in computer grafica nella produzione dei film. La presente proposta potrebbe aprire la via ad un modo nuovo e sempre più accurato di trasferire le naturali attivazioni muscolari in realtà virtuale.
Dal punto di vista tecnico invece, nessun gruppo di neuroscienziati ha mai pensato a modellare in 3d un ibrido corpo-strumento in grado di essere animato direttamente in tempo reale dalle cinematiche della mano tracciate da una camera ad infrarossi. La sfida principale in questo approccio nasce principalmente dalle competenze altamente multidisciplinari che questo paradigma comporta. Integrare un motore grafico ad alte prestazioni come Unity3d, infatti, con un sistema di realtà virtuale a sua volta integrato con un sistema di tracking delle mani come il Leap Motion rappresenta già di per sé una sfida per i non addetti ai lavori.
Le ricadute applicative della presente proposta inoltre sono molteplici e tutte ad alto impatto. Il successo anche solo ingegneristico del paradigma porterebbe comunque ad un¿ innovazione nel campo della ricerca sull¿embodiment degli strumenti e nel modo di fare riabilitazione negli ospedali.
Da una prospettiva clinica infatti, l¿integrazione di un accurato sistema di tracking della mano con un visore VR di ultima generazione potrebbe costituire un¿innovazione sia per i pazienti colpiti da ictus che per quelli che hanno bisogno di recuperare la funzionalità dell¿arto. Per i pazienti affetti da emiplegia di un lato del corpo, un sistema VR con cui esercitarsi rappresenterebbe sicuramente un¿alternativa più coinvolgente per affrontare gli esercizi quotidiani necessari alla corretta riabilitazione motoria. Infatti, per quanto riguarda i pazienti affetti da ictus, è noto che il successo riabilitativo di condizioni di emiplegia si basi sulla ripetizione di esercizi e sulla perseveranza, specialmente nella fase acuta dopo l¿incidente. Da questo punto di vista il feedback tramite cinematica corporea e la ¿gamification¿ dell¿esperienza riabilitativa tramite VR andrebbero a costituire un grande beneficio per il coinvolgimento dei pazienti nella pratica giornaliera.
Dal punto di vista applicativo che riguarda invece più da vicino la ricerca, il successo del nostro paradigma prevede infine la creazione di un file scaricabile per gli altri laboratori contenente animazioni e modelli 3d da un lato e il codice di interfaccia tra il motore grafico e il sistema di cinematica. Questa opportunità garantirebbe sicuramente ad altri gruppi di ricerca che non hanno le nostre competenze di realtà virtuale. Infine, grazie all¿utilizzo del software Unity3d sarà semplice trasportare il paradigma dalla realtà virtuale a quella aumentata, aprendo la strada a paradigmi ancora più all¿avanguardia sul piano tecnologico.