Analisi morfologica e funzionale in pazienti affetti da paralisi cerebrale infantile di tipo emiplegico : uno studio di risonanza magnetica

Abstract

Diverse evidenze hanno dimostrato la presenza di attivazioni del sistema specchio parieto-premotorio in bambini e adolescenti affetti da paralisi cerebrale infantile unilaterale (UCP) durante l’esecuzione e l’osservazione di azioni. Tali attivazioni, tuttavia, sembrano in parte diverse da quelle emerse in bambini sani, in quanto uno studio recente ha evidenziato la presenza di una maggiore attivazione del sistema specchio in bambini e adolescenti UCP durante l’osservazione di azioni svolte da un modello patologico rispetto ad azioni svolte da un modello sano. La presente ricerca nasce con lo scopo di analizzare le attivazioni funzionali associate al sistema specchio parieto-premotorio e l’entità delle lesioni in bambini e adolescenti affetti da paralisi cerebrale infantile di tipo emiplegico, in relazione all’esito funzionale dell’arto superiore paretico, valutato tramite l’utilizzo di scale cliniche. In relazione all’analisi morfologica sono stati utilizzati diversi metodi di indagine per stimare accuratamente l’estensione e la gravità del danno cerebrale di ogni paziente. Per quanto concerne l’analisi dei dati funzionali, sono state analizzate le attivazioni funzionali delle principali aree associate al sistema specchio parieto-premotorio (PMv, IPL) durante l’osservazione di azioni manuali transitive svolte da un modello sano e da un modello patologico caratterizzato da un livello di compromissione dell’arto paretico simile a quello dei partecipanti. Per esplorare le attivazioni cerebrali durante l’esecuzione di azioni manuali ed ottenere un indice della riorganizzazione funzionale motoria dei pazienti, è stato inserito nello studio un compito di esecuzione di atti di afferramento e di movimenti semplici di apertura/chiusura della mano affetta da paresi. La presente ricerca è parte di un progetto sperimentale più ampio, finalizzato a verificare l’influenza del modello osservato sull’efficacia dell’Action Observation Therapy (AOT) nella riabilitazione dell’arto superiore affetto in bambini con emiplegia spastica. L’ipotesi alla base dello studio clinico è che il modello patologico migliorativo sia più efficace rispetto all’utilizzo del modello sano nel produrre degli esiti migliori sulla funzionalità dell’arto superiore. Nel presente elaborato verranno presentati i risultati delle analisi morfologiche e funzionali condotte su un sottogruppo di pazienti reclutati per il progetto clinico, che hanno effettuato la valutazione di baseline (T0, pre-terapia). Dai risultati delle analisi a livello morfologico, è emerso che le lesioni più frequenti nel campione erano localizzate a livello della sostanza bianca periventricolare del lobo parietale, del braccio posteriore della capsula interna, della sezione ipsilesionale del tronco dell’encefalo e della sezione mediale del corpo calloso. Inoltre è emerso che le lesioni maggiormente causa di una compromissione funzionale dell’arto superiore paretico sono quelle che interessano, nell’emisfero lesionato, il volume di sostanza bianca, le strutture sottocorticali (gangli della base, talamo, tronco dell’encefalo) ed il tratto corticospinale. Per quanto concerne l’analisi dei dati fMRI, è emerso che il compito motorio elicita in questi pazienti un’intensa attivazione del sistema sensorimotorio (S1/M1) ipsilesionale e risposte cerebrali parietali e premotorie più bilaterali, coerentemente con le attivazioni tipicamente osservate in popolazioni sane durante l’esecuzione di atti di afferramento e di movimenti semplici. Il compito di osservazione rivela in generale una maggiore attivazione del sistema specchio parieto-premotorio durante l’osservazione della mano paretica, confermando lo studio precedente e le ipotesi sperimentali del progetto clinico in corso. Inoltre, è emerso che l’esito funzionale dell’arto paretico è associato all’intensità di attivazione in PMv ipsilesionale durante l’osservazione del modello paretico e alla differenza di attivazione in PMv di ciascun emisfero durante l’osservazione dei due modelli (patologico e sano). E’ stato inoltre riscontrato che attivazioni maggiormente bilaterali nell’AON (STS, PMv, IPL) durante il compito di osservazione elicitano una miglior performance funzionale.

Several evidences have shown the presence of activations of the mirror neuron system (MNS) in children and teens with unilateral cerebral palsy (UCP) during action observation and action execution. However, this activations seem partially different from those emerged in healthy children, as a recent study shows the presence of a greater activation of MNS in patients with UCP during the observation of actions carried out by a pathological model compared to actions carried out by a healthy model. The aim of this study is to analyze the functional activations associated with the MNS and the extent of injuries in children and teens affected by hemiplegia, in relation to the functional outcome of the upper paretic limb evaluated by a series of clinical scales. In relation to morphological analysis, we used different methods of investigation to accurately estimate the extent and the severity of brain damage of each patient. Concerning fMRI data analysis, we analyzed the functional activation of the main areas of the MNS (PMv, IPL) during the observation of transitive manual actions performed by a healthy and pathological model with a level of impairment of the paretic limb similar to the one of the participants. To explore brain activations and obtain a laterality index of motor functional reorganization of patients, we included tasks of grasping acts and simple hand opening/closing movements (with the hand affected by paresis). This research is part of a larger experimental project, aimed at verifying the influence of the observed model on the effectiveness of the Action Observation Therapy (AOT) in the rehabilitation of the paretic upper limb in children with spastic hemiplegia. The hypothesis of the clinical study is that the pathological improvement model is more effective than the healthy model in producing better results on the functionality of the upper limb. In this thesis will be presented the results of morphological and functional analyses conducted on a subset of patients recruited for the clinical project, who carried out the baseline assessment (T0, pre-therapy). From the results of morphological analysis it was found that the most frequent lesions in the sample were localized at the level of the periventricular white matter of the parietal lobe, of the posterior limb of the internal capsule, of the ipsilesional section of the brainstem and of the medial section of the corpus callosum. The results showed that the lesions mostly involved in functional impairment of the paretic upper limb are located in the ipsilesional volume of white matter, the subcortical structures (basal ganglia, thalamus, brain stem) and the corticospinal tract. The results of fMRI data analysis showed an intense activation in the sensorimotor ipsilesional region (S1/M1) and a bilateral activation in the parietal and premotor areas during the motor task, accordingly with the activations typically observed in healthy populations during the tasks of grasping acts and simple movements. The observation task reveals a greater activation of mirror neuron system during the observation of the paretic hand, in line with the previous study and the experimental hypothesis of the clinical project in progress. Moreover, it emerged that the functional outcome of the paretic limb is associated with the intensity of the activation in ipsilesional PMv during the observation of the paretic model and with the activation difference in PMv of each hemisphere during the observation of the two models (pathological and healthy). It was also found that more bilateral activations in Action Observation Network (AON: STS, PMv, IPL) during the observation task ensure a better functional performance.