Sviluppo di un sistema di neurostimolazione ad anello chiuso per la riduzione dello stress. = Development of a closed-loop neurostimulation system for stress reduction

Lo stress è definito come una risposta fisiologica a stimoli mentali, fisici o emotivi e colpisce molte persone in tutto il mondo compromettendo la loro salute. Questo studio mira a sviluppare un sistema di neurostimolazione ad anello chiuso basato sui battiti binaurali (BB) per la riduzione dello stress, sfruttando le caratteristiche di variabilità della frequenza cardiaca (HRV) e i dati di accelerazione del torace raccolti con la fascia toracica Polar H10. Ventidue partecipanti sani hanno preso parte a un protocollo composto da quattro acquisizioni separate. La prima ha permesso l'addestramento di un modello di intelligenza artificiale per il riconoscimento dello stress in tempo reale, mentre le due successive hanno permesso di valutare gli effetti di una stimolazione fissa a 16 Hz e della nostra proposta. L'ultima sessione è stata eseguita per monitorare eventuali effetti di abitudine del protocollo. Durante una sessione, ogni candidato ha eseguito un test aritmetico, ha guardato una sequenza di video rilassanti, stressanti e rilassanti e ha eseguito uno Stroop test. All'inizio di ogni sessione, i candidati hanno osservato tre minuti di riposo (baseline). Sono stati addestrati sei tipi di modelli di intelligenza artificiale, ciascuno dei quali utilizzava diverse strategie di estrazione delle feature. Il modello migliore è stato il Random Forest (RF), che ha ottenuto un'accuratezza superiore all'84% nel riconoscimento dei tre livelli di stress. Tuttavia, nelle sessioni successive, l'accuratezza è diminuita significativamente (rispettivamente al 44%, 41% e 49%), probabilmente a causa della normalizzazione dei dati, basata sulla baseline specifica di ogni sessione invece di quella utilizzata nell'addestramento iniziale. Un’analisi statistica basata sulle feature dell'HRV ha dimostrato che il protocollo è stato progettato correttamente per indurre lo stress. Al contrario, l'uso dei BB non ha mostrato effetti significativi, contrariamente a quanto riportato in letteratura. Questo risultato può essere dovuto all'eterogeneità del gruppo studiato e alla complessità dei test cognitivi proposti. In conclusione, questo studio ha esplorato una tecnica di neurostimolazione innovativa che sfrutta i BB e i dispositivi portatili a basso costo. Un lavoro futuro consentirà di ottimizzare le prestazioni di questo sistema, estendendone l'applicazione anche a una popolazione più ampia.