Definizione di un set-up sperimentale per la quantificazione delle limitazioni funzionali dell'arto superiore in soggetti aprassici

Upper limb apraxia, a deficit when carrying out purposeful movements with the arm and/or hand, is a common consequence of left-hemispheric stroke. Contrary to common assumption, apraxic deficits not only manifest themselves during clinical testing but also have delirious effects on the patients’ everyday life and rehabilitation. The design of useful and effective treatment strategies for movement disorders largely depends on the ability to objectively quantify changes in performances, providing reliable outcome measures. From a clinical point of view, the analysis of transitive gestures that include both phases of reaching and grasping is relevant because, besides being of great importance during daily life, they are also the most used in rehabilitation phase. Evaluation of upper limb apraxia remains mainly assigned to different clinical scales, providing a semi-quantitative assessment. The aim of this thesis was to define an experimental set-up to characterize in a quantitative way the functional limitations in upper limb movements in apraxic patients, using an optoelectronic system for objective measurement. In our work, seven patients with upper limb apraxia and healthy subjects were evaluated using an optoelectronic system with passive markers during three different movements: lowering an handle, unscrewing a light bulb, pressing a button. It has been used two different type of objects: real and novel-tools. This choice has been done to verify if patients use different strategies when they handle real tools instead of neutral wooden implements resembling the tools themselves, therefore if their behaviors are influenced by ecological aspects. Besides, in this work we’ve selected three different inputs that determine the beginning of the gesture: free delivery, verbal command and imitation. This afford to determine which input mainly affects apraxic behavior and it could help clinicians to choose the best rehabilitation process. Quantitative parameters capable of charcterizing apraxic movements were defined using recorded kinematics, such as time indexes, velocity indexes, range of motion of the phases in which the movement was divided. Comparing parameters of the gestures made with real object and simulated object, it’s emerged that pathological subjects show greater difficulties in carrying out actions with simulated objects. Thus, we can say that ecological condition, represented by the use of the real object, helps the apraxic subject in the execution of the gesture. Instead, comparing tests with different delivery, it’s come to light that free delivery determines in apraxic subjects worse performances than the verbal command and imitation. This behavior is due to a different perception of "affordances" by apraxic subjects, defined as information obtained through the view of the object, which suggest the appropriate actions to manipulate an object. The second conclusion we reached is that, when the subject is shown the gesture to be performed, he improves the execution of the task. This improvement is due to the presence of "neurons mirrors" that are activated both when observing the execution of the gesture by another individual, both when the subject is performing the same gesture. We can conclude that the proposed protocol allows the quantitative characterization of the motion pattern of apraxic subjects. and the results can be useful in order to define and improve the rehabilitative treatment of patients with apraxia.

L’aprassia all’arto superiore è una condizione in cui, in assenza di disordini motorio-sensoriali, alterazioni del linguaggio e mancanza di motivazione, si manifestano difficoltà o incapacità nell’eseguire in maniera corretta movimenti volontari con mani e/o braccia. La causa di questa patologia è generalmente di natura ischemica all’emisfero sinistro. Contrariamente alle assunzioni più comuni, il deficit aprassico non si manifesta soltanto durante i test clinici ma ha ripercussioni negative anche durante la vita quotidiana dei pazienti e nel loro percorso riabilitativo. La definizione di un programma riabilitativo utile e efficace dipende largamente dall’abilità di quantificare oggettivamente i cambiamenti nell’esecuzione dei task motori, fornendo risultati affidabili. Da un punto di vista clinico, risulta particolarmente significativa l’analisi di gesti di tipo transitivo che includano entrambe le fasi di reaching e di grasping in quanto, oltre ad essere di rilevante importanza durante la vita quotidiana, sono anche quelli maggiormente utilizzati in fase riabilitativa. La valutazione dell’aprassia all’arto superiore è tuttora assegnata principalmente a differenti scale cliniche, che forniscono una valutazione semi-quantitativa e fortemente soggettiva Lo scopo di questa tesi è stato quello di definire un set-up sperimentale per caratterizzare quantitativamente il grado di limitazione funzionale dell’arto superiore dei pazienti aprassici, avvalendosi della valutazione cinematica mediante sistema optoelettronico In questo modo si sono avute a disposizione misure quantitative ed oggettive del movimento. In questo lavoro sono stati valutati sette pazienti con aprassia all’arto superiore e soggetti sani utilizzando un sistema optoelettronico con marcatori passivi durante l’esecuzione di tre differenti movimenti: abbassare una maniglia, svitare una lampadina e premere un pulsante. Per ogni gesto sono stati utilizzati due differenti tipi di oggetti: reale e simulato. Questa scelta è stata adottata per verificare se i pazienti mettono in atto delle strategie differenti quando utilizzano strumenti reali piuttosto che oggetti di legno che assomigliano agli strumenti stessi, e quindi se il loro comportamento è influenzato da aspetti ecologici. Inoltre, in questo lavoro sono stati selezionati tre differenti stimoli che determinano l’inizio del gesto: consegna libera, comando verbale e imitazione. Questo ci permette di individuare la modalità di input che principalmente condiziona il comportamento aprassico e di aiutare i clinici nella scelta del migliore processo riabilitativo. A partire dalle coordinate tridimensionali dei marker sono stati identificati e calcolati diversi parametri quantitativi in grado di caratterizzare il movimento dell’arto superiore nei soggetti aprassici: indici temporali, indici di velocità, escursioni articolari nelle diverse fasi in cui è stato diviso il movimento. Dal confronto tra le prove effettuate con l’oggetto reale e quelle realizzate con l’oggetto simulato è emerso che i soggetti patologici manifestano maggiori difficoltà nell’esecuzione dei gesti con l’oggetto simulato. Possiamo affermare quindi che la condizione ecologica, rappresentata dall’utilizzo dell’oggetto reale, aiuta il soggetto aprassico nell’esecuzione del gesto. Invece,confrontando le prove effettuate con consegna differente è emerso che la consegna libera determina nei soggetti aprassici le performances peggiori rispetto al comando verbale e all’imitazione. Questo comportamento è da attribuirsi a una diversa percezione delle “affordances” da parte dei soggetti aprassici, intese come informazioni ottenute attraverso la vista dell’oggetto stesso, che suggeriscono ad un soggetto le azioni appropriate per manipolare un oggetto. La seconda conclusione a cui siamo giunti è che, quando al soggetto viene mostrato il gesto da eseguire, questo migliora l’esecuzione del task. Questo miglioramento è da attribuirsi alla presenza dei “neuroni mirrors” che si attivano sia quando si osserva l’esecuzione del gesto da parte di un altro individuo, sia quando il soggetto in prima persona sta eseguendo il gesto stesso. Possiamo quindi concludere che il set-up sperimentale proposto in questa tesi è risultato efficace per effettuare una caratterizzazione quantitativa del movimento dell’arto superiore dei soggetti aprassici e che i risultati ottenuti possono essere utili al fine di definire e migliorare il trattamento riabilitativo dei soggetti con aprassia.