Attivazione del Sistema dei Neuroni Specchio in pazienti in stato vegetativo e in stato di minima coscienza : uno studio pilota di Risonanza Magnetica Funzionale

Abstract

I pazienti con disordini di coscienza (DOC) possono essere classificati in stato vegetativo (VS) o in stato di minima coscienza (MCS). Al momento, l’approccio neuroriabilitativo principale continua ad essere limitato a causa dell’incapacità dei pazienti di compiere movimenti volontari. La riabilitazione dei pazienti con DOC è un tema importante da affrontare con un programma completo mirato ad aumentare il recupero funzionale dei pazienti. L’efficacia di un programma di riabilitazione intensivo di tipo sensoriale, ad esempio, è stata dimostrata in diversi studi (Padilla and Domina, 2006). In questi ultimi anni, è stato introdotto un approccio terapeutico innovativo basato sulla scoperta del Sistema dei Neuroni Specchio (MNS), una rete neurale parieto-frontale che si attiva sia durante l’esecuzione che durante l’osservazione di azioni finalizzate. Quest’approccio terapeutico è chiamato Action Observation Therapy (AOT) ed è basato su un paradigma di osservazione di azioni, seguite dalla loro immediata riproduzione. Virtualmente, l’AOT può avere effetti favorevoli sulla riabilitazione motoria in pazienti adulti e bambini affetti da vari tipi di disturbi motori in cui non è possibile effettuare un training differente, a causa della presenza di dolore cronico, infiammazione, fatica muscolare ecc. (Ertelt et al. 2007; Buccino et al. 2012; Sgandurra et al., 2013). Il principale obiettivo del presente progetto di ricerca proposto è quello di investigare le basi neuronali del sistema dei Neuroni Specchio nei pazienti con DOC per individuare la presenza di attività funzionale nelle regioni cerebrali parieto-frontali, misurando il segnale BOLD durante lo svolgimento di compiti passivi in risonanza magnetica. In particolare lo studio prevede lo svolgimento di due tipi di compiti: un compito audio visivo di osservazione e ascolto di azioni di bocca transitive e intransitive, e un compito di ascolto di verbi, d'azione e astratti. Si tratta di uno studio pilota ancora in corso presso l'Istituto Carlo Besta di Milano in collaborazione con il dipartimento di Medicina e Chirurgia dell'Università di Parma. L'ipotesi è che anche nei pazienti con DOC si possa osservare la presenza residua di attivazioni funzionali del Sistema Specchio. Qualora l'ipotesi fosse dimostrata questo rappresenterebbe il substrato neurale alla base dell'uso dell'AOT come approccio riabilitativo in questa tipologia di pazienti. In generale, i risultati preliminari ottenuti su questo primo gruppo di pazienti DOC mostrano che i paradigmi scelti per evidenziare una possibile attivazione del Sistema dei Neuroni Specchio in questi pazienti, possono fornire delle evidenze positive. Infatti si notano attivazioni premotorie, in buona parte nella corteccia premotoria ventrale e nel giro frontale inferiore, e un'attivazione nella corteccia premotoria dorsale (paziente #1). Si può quindi affermare che vi sia un’attivazione del Sistema dei Neuroni Specchio in quanto l’osservazione-ascolto di atti motori di bocca sia transitivi che intransitivi, determinava l’attivazione di aree appartenenti a tale sistema, anche se l’attivazione non era così ampia come ci si potrebbe aspettare in soggetti sani. Questi dati suggeriscono che ci sia una maggior probabilità di trovare nei pazienti MCS un'attivazione anche a livello di aree rostrali, mentre nei pazienti in VS è difficile mostrare una qualsivoglia attivazione di questo tipo, almeno con questa tipologia di compiti. Rimane il problema di capire se la pura stimolazione sensoriale è sufficiente a produrre questo tipo di effetto. Ulteriori studi potrebbero cercare di mettere a confronto gli effetti dovuti alla pura osservazione con quelli determinati dall’osservazione accoppiata a imitazione, sia negli individui sani, sia in differenti tipi di pazienti.

Patients with disorder of consciousness (DOC) may be classified as vegetative state (VS) or in a state of minimal consciousness (MCS). At the moment, the main neurorehabilitative approach continues to be limited due to patients' inability to make voluntary movements. Rehabilitation of patients with DOC is an important issue to address with a comprehensive program aimed at increasing the functional recovery of patients. The effectiveness of an intensive sensory rehabilitation programme, for example, has been demonstrated in several studies (Padilla and Domina, 2006). In recent years, an innovative therapeutic approach based on the discovery of the Mirror Neurons System (MNS), a parieth-frontal neural network that is activated both during execution and during the observation of finalized actions, has been introduced. This therapeutic approach is called Action Observation Therapy (AOT) and is based on a paradigm of observation of actions, followed by their immediate reproduction. Virtually, AOT can have favorable effects on motor rehabilitation in adult and child patients with various types of motor disorders where it is not possible to perform a different training, due to the presence of chronic pain, inflammation, fatigue (Ertelt et al. 2007; Buccino et al. 2012; Sgandurra et al., 2013). The main objective of this proposed research project is to investigate the neuronal basis of the Mirror Neurons system in patients with DOC to detect the presence of functional activity in the parieto-frontal brain regions, measuring the BOLD signal while performing passive MRI tasks. In particular, the study involves the performance of two types of tasks: a visual audio task of observing and listening to transitive and intransitive mouth actions, and a task of listening to verbs, action and abstracts. This is a pilot study still underway at the Carlo Besta Institute in Milan in collaboration with the Department of Medicine and Surgery of the University of Parma. The hypothesis is that even in patients with DOC we can observe the residual presence of functional activations of the Mirror System. If the hypothesis is proven, this would be the neural substrate underlying the use of AOT as a rehabilitative approach in this type of patient. Overall, preliminary results from this first group of DOC patients show that paradigms chosen to highlight a possible activation of the Mirror Neurons System in these patients can provide positive evidence. In fact, premotor activations are noted, largely in the ventral premotor cortex and lower frontal gyrus, and activation in the dorsal premotor cortex (patient #1). It can therefore be said that there is an activation of the Mirror Neurons System as the observation-listening of both transitive and intransitive motor acts of mouth, determined the activation of areas belonging to that system, even if the activation was not as wide as you might expect in healthy subjects. These data suggest that there is a greater likelihood of finding activation in MCS patients even at the rostral area level, while in VS patients it is difficult to show any activation of this type, at least with this type of task. The question remains as to whether pure sensory stimulation is sufficient to produce this kind of effect. Further studies could try to compare the effects of pure observation with those determined by imitation-coupled observation, both in healthy individuals and in different types of patients.