Analisi della risposta cognitiva e motoria in pazienti pediatrici con emiplegia trattati con terapia robotica

Subjects with hemiplegia often present with fixed muscle contractures that limit the movement of the shoulder, elbow, wrist and fingers and, in addition, often have difficulty with the coordination of movements to reach a target. In particular, it has been observed that such subjects may have impaired anticipatory control and deficits in planning actions, requiring more time to perform simple tasks. Although hemiplegia is a permanent condition, with the support of appropriate therapies, it is possible to improve the motor and cognitive abilities of affected individuals. To date, the success of a rehabilitation treatment is analysed by separately assessing the reaction time benefits and the joint kinematics benefits, most often by means of clinical scales, which, however, have many disadvantages due to low inter- and intra-observer reliability. For this reason, it was decided to conduct an integrated quantitative analysis of the variation in reaction time and motor response following a light stimulus by means of a new experimental protocol with the aim of evaluating the effect of rehabilitation treatment in hemiplegic paediatric patients followed at the IRCCS 'Eugenio Medea'. Specifically, the rehabilitation included 20 sessions of occupational therapy and 20 sessions with the Armeo Spring exoskeleton (Hocoma AG, Volketswil, Switzerland) with the aim of assessing the presence of differences between the healthy limb and the plegic limb both pre-treatment and post-treatment. Using the SMART 400 DX optoelectronic system (BTS Bioengineering, Milan, Italy) and an 'intelligent' semaphores system, WittySEM (Microgate, Bolzano, Italy), at the Human Performance Laboratory of Movement Analysis of the Lecco Territorial Pole (Politecnico di Milano) five paediatric subjects (aged 9-16 years) of both sexes suffering from left hemiplegia were analysed in two separate sessions, one pre- and one post-treatment. They were asked to perform three different exercises of increasing difficulty to identify and reach a light target, and then the parameters of interest were extracted, such as: reaction time, which in turn consisted of cognitive response (time between stimulus onset and subject's movement onset) and motor response (time between movement onset and task completion); trunk and hand task execution time; Range of Motion (ROM) for trunk rotation and maximum elbow extension. Although the results showed statistically significant differences between the two limbs both before and after the treatment, contrary to expectation, the rehabilitation effect was most visible in the healthy limb, which experienced an improvement in reaction time, motor response and execution time of the hand and trunk. In return, however, for the plegic limb, the results showed a recovery in the motor level of the shoulder. For all other parameters assessed, the plegic limb showed some improvements, but these were never statistically significant. In general, the analysis showed that the protocol, thanks to the integrated assessment of cognitive and motor response following a light stimulus, has a good potential to be used as an evaluation tool to discriminate the plegic limb from the healthy one. Further analyses are required to confirm its use as an instrument to evaluate the success of the rehabilitation intervention.

I soggetti affetti da emiplegia presentano spesso delle contratture muscolari fisse che limitano il movimento di spalla, gomito, polso e dita e inoltre, spesso hanno difficoltà con il coordinamento dei movimenti atti al raggiungimento di un target. In particolare, è stato osservato che tali soggetti possono avere un controllo anticipatorio compromesso e deficit nella pianificazione di azioni, necessitando di maggiori tempi per l’esecuzione di semplici task. Sebbene l’emiplegia sia una condizione permanente, grazie al supporto di terapie adeguate, è possibile migliorare le abilità motorie e cognitive dei soggetti affetti. Ad oggi la riuscita di un trattamento riabilitativo viene analizzata valutando separatamente i benefici apportati a livello di tempi di reazione e i benefici relativi alla cinematica articolare, il più delle volte mediante scale cliniche che però presentano molti svantaggi a causa di una bassa affidabilità inter-osservatore e intra-osservatore. Per questo, si è scelto di condurre un’analisi quantitativa integrata della variazione di tempi di reazione e di risposta motoria a seguito di stimolo luminoso mediante un nuovo protocollo sperimentale con lo scopo di valutare l’effetto del trattamento riabilitativo in pazienti pediatrici emiplegici seguiti presso l’IRCCS “Eugenio Medea”. In particolare, la riabilitazione ha previsto 20 sedute di terapia occupazionale e 20 sedute con esoscheletro Armeo Spring (Hocoma AG, Volketswil, Svizzera) con l’obiettivo di valutare la presenza di differenze tra l’arto sano e l’arto plegico sia nel pre-trattamento che nel post-trattamento. Utilizzando il sistema optoelettronico SMART 400 DX (BTS Bioengineering, Milano, Italia) ed un sistema di semafori “intelligenti”, WittySEM (Microgate, Bolzano, Italia), presso il Laboratorio “Human Performance Laboratory” di analisi del movimento del Polo territoriale di Lecco (Politecnico di Milano), sono stati analizzati 5 soggetti in età pediatrica (età 9-16 anni) di ambo i sessi affetti da emiplegia sinistra in due sessioni distinte, una pre e una post-trattamento. È stato chiesto loro di svolgere tre diversi esercizi di difficoltà crescente di individuazione e raggiungimento di un target luminoso. Successivamente sono stati estratti i parametri di interesse quali: il tempo di reazione, a sua volta composto da risposta cognitiva (tempo tra comparsa dello stimolo e inizio del movimento del soggetto) e risposta motoria (tempo tra inizio del movimento e completamento del task); il tempo di esecuzione del task da parte del tronco e della mano; il Range of Motion (ROM) per la rotazione del tronco ed estensione massima del gomito. Sebbene i risultati abbiano mostrato differenze statisticamente significative tra i due arti sia prima che dopo il trattamento, a differenza di quanto ci si aspetti, l’effetto riabilitativo è stato maggiormente visibile nell’arto sano che ha subito un miglioramento dei tempi di reazione, della risposta motoria e del tempo di esecuzione di mano e tronco. In compenso però, per l’arto plegico, i risultati hanno mostrato un recupero a livello motorio della spalla. Per tutti gli altri parametri valutati, l’arto plegico ha mostrato qualche miglioramento che però non è mai risultato statisticamente significativo. In generale l’analisi ha mostrato che il protocollo, grazie alla valutazione integrata di risposta cognitiva e motoria a seguito di stimolo luminoso, ha una buona potenzialità per essere utilizzato come strumento di valutazione per andare a discriminare l’arto plegico da quello sano. Sono necessarie invece ulteriori analisi per confermarne l’utilizzo come strumento di valutazione della riuscita dell’intervento riabilitativo.