The impact of sleep on the consolidation of motor improvement in healthy subjects during an action observation program for manual dexterity

The Action Observation Therapy is a well-known neurorehabilitative approach to improve the outcome of the conventional physiotherapy. The discovery of the effect of sleep on procedural memory provides new possibilities in neurorehabilitation improving the ability of the patient to store the movements in their motor repertoire. Exactly this idea constitutes the basis for this work: analyzing the level of improvement of the combination of AOT and sleep with respect to the sole AOT and a group of control. The test of choice to evaluate the efficacy of this technique is a standardized version of the Nine Hole Peg Test (NHPT). The motion of the subject who perform the test is extracted using an optoelectronic system and, successively, the data are processed through specific software. This process is repeated for three sessions (T0, T1, T2) and the subjects are randomly allocated to three groups (AOT + Sleep, AOT, Control). Between T0 and T1, 3 weeks elapses and a training is performed by the members of the two experimental groups; between T1 and T2, 1 month elapses but no training is performed. The results of the NHPT are compared to the ones of clinical applied manual dexterity tests (Purdue Pegboard Test – PPT; Finger Tapping Test - FTT). The comparison is conducted between the outcomes of the statistical analysis made on data. A repeated measure ANOVA is adopted to understand the significance of Time Factor (difference between T0, T1, T2), Group Factor (difference between AOT + Sleep, AOT, Control) and their interaction (Time x Group Interaction). The statistical analysis highlighted that only the PPT appears enough descriptive and specific to discriminate the effect of the application of the two versions of the AOT: Time Factor, Group Factor and their interaction are all significant (p < 0.001). These results testify the effectiveness of AOT and the prolonged effect on motor memory provided by AOT + Sleep with respect to the sole AOT. Although the NHPT shows some significance (in particular, when Time Factor is considered), the results are not as strong as the ones of the PPT. In conclusion, this study confirmed the effectiveness of AOT adding evidence to the importance of a scheduled sleep window in association to the therapy to improve motor memory consolidation. Furthermore, it has found a clear superiority of the PPT over the standardized NHPT, at least for healthy subjects.

La terapia basata su Action Observation (AO, osservazione di un’azione) è una tecnica neuroriabilitativa ben conosciuta che consente di migliorare gli esiti del trattamento fisioterapico convenzionale. La scoperta degli effetti del sonno sulla memoria procedurale offre nuove possibilità nella neuroriabilitazione migliorando la capacità del paziente di immagazzinare un movimento nel suo repertorio motorio. Proprio questa idea costituisce la base per il seguente studio: esso consiste nell’analisi del miglioramento di destrezza manuale apportato da un trattamento del soggetto con AO in combinazione con il sonno, confrontato con sola AO e con dei soggetti di controllo. Il test scelto per la valutazione dell’efficacia di tale tecnica è una versione standardizzata del Nine Hole Peg Test (NHPT). Il movimento del soggetto che esegue il test viene acquisito mediante l’uso di un sistema optoelettronico con un protocollo per la valutazione del movimento dedicato e, successivamente, i dati estratti vengono processati tramite un apposito software. Sono stati considerati 45 soggetti distribuiti in modo randomizzato in tre gruppi, come indicato di seguito: • 15 soggetti: gruppo AOT + Sleep, • 15 soggetti: gruppo AOT, • 15 soggetti: gruppo Control. Le valutazioni sono state effettuate in 3 sessioni (T0, T1, T2). Tra T0 e T1 intercorrono 3 settimane in cui i membri dei gruppi sperimentali sono sottoposti ad un training di AO; tra T1 e T2 intercorre 1 mese in cui, invece, non viene eseguito nessun allenamento. I risultati del NHPT vengono confrontati con quelli di test clinici per la valutazione della destrezza manuale (Purdue Pegboard Test – PPT; Finger Tapping Test - FTT). Per far ciò, preliminarmente, viene eseguita un’analisi statistica sui dati (che sono rappresentati dai parametri cinematici estratti da NHPT e dai parametri clinici estratti da PPT e FFT): in particolare, viene utilizzata un’ANOVA a misure ripetute. In questo modo, è possibile comprendere la significatività del fattore Tempo (ovvero, se tra le varie sessioni sussiste una differenza significativa tra le performance), del fattore Gruppo (ovvero, se sussiste una differenza significativa tra le performance dei soggetti appartenenti a gruppi diversi) e della loro interazione (Tempo x Gruppo). L’analisi statistica, che, perciò, prevede la stima di significatività delle variazioni intra-gruppo pre- e post-trattamento e delle differenze inter-gruppo, ha evidenziato che soltanto il PPT risulta essere sufficientemente descrittivo e specifico per differenziare gli effetti dovuti all’applicazione delle due versioni di terapia AO: fattore Tempo, fattore Gruppo e la loro interazione sono tutte significative (p < 0.001). Questi risultati testimoniano l’efficacia di AO e il prolungato effetto sulla memoria motoria fornito da AOT + Sleep, anche rispetto a AOT. Nonostante NHPT mostri qualche significatività (in particolare, in relazione al fattore Tempo), i risultati non sono abbastanza robusti. In conclusione, questo studio conferma l’efficacia di terapie basate su AO aggiungendo prove sull’importanza di associare una corretta finestra di sonno che possa supportare il consolidamento della memoria motoria acquisita tramite osservazione. Inoltre, almeno per i soggetti sani appartenenti a questo studio, è stata registrata la superiorità del PPT rispetto al NHPT standardizzato come test di valutazione della destrezza manuale.