Caratterizzazione dei movimenti fini in soggetti con sindrome di Down : analisi quantitativa delle prassie grafomotorie

When analysing cognitive and motor skills, one common practice is conducting tests where patients are asked to write a text or draw simple figures. These graphic and motor gestures are called fine movements and they entail the coordination of small muscle movements of the hand and the fingers. For this reason, they constitute an integration between motor tasks and cognitive skills. The study of these movements may reveal the existence of various dysfunctions connected with motor and cognitive diseases. These studies allow clinicians to measure the perceptual/motor progress. Indeed, an inaccurate graphic gesture may be considered as a sign of a mental and behavioural disturbance. At this time, in clinical practice, most evaluations are based on the observation of graphical gesture results, and therefore on qualitative criteria. On the contrary, this thesis was created to give a complete and quantitative evaluation of the execution of a motor task which involved both cognitive and motor features of Down’s Syndrome children. Down Syndrome is regarded as one of the most important causes of mental disability and it determines a delay in the motor development, particularly in the acquisition of torso control, straight posture and in walking. This delay may be ascribed to hypotonia, balance working deficit and ligamentous laxity, which might be linked to the presence of cerebellar Hypoplasia. A slowness in movements is the peculiar motor deficit in Down’s Syndrome children, and this deficit remains even in their adulthood. Generally speaking, even if Down’s Syndrome children do learn to walk and to reach and grab objects, their movements lack precision, coordination and are less efficient than movements of children who experienced a regular development. Furthermore, these people tend to display a “clumsy” behaviour with scarce control over numerous movements that engage the various articulations. In this research, a group of 22 Down’s Syndrome individuals, aged between 7 and 25, was analysed in comparison with a group of 13 children, aged between 6 and 12, who had experienced regular psychic and motor development. The experimental set-up was designed for the execution of three different kinds of tasks, all related to the drawing of three simple geometrical figures: a circle, a cross and a square. The choice of the kind of test was made taking into consideration clinical tests which are normally recommended. An optoelectronic system (SMART D BTS, IT) was used for the acquisition of these subjects’ movement. This system made it possible to acquire three-dimensional coordinates from markers which were placed in specific landmarks, both on the individual and on the pen. This allowed to reveal their movements and so to re-enact not only the sketch of the drawing, but also the movement of the upper limb and of the head of the subject during the graphical gesture. Every test was made up of two phases: a static acquisition and a dynamic one. In the first phase, markers were placed on the pen and on the page according to a specific pattern, then they were acquired. During this phase, the position of the tip of the pen is determined according to a local pen reference system, realised with makers located on its cap. During the second phase, markers were placed on the head, on the dominant arm and on the shoulders of the patient in order to acquire his movement while performing the gesture. The sketch was re-enacted thanks to the information on the position of the tip of the pen provided by the first phase. Then, the data collected both from the static and the dynamic acquisition, alongside with personal information concerning the patient, were uploaded into a specific software, SMART Analyzer (BTS IT). Through this software, it was possible to develop one ad hoc protocol for each of the three motor tasks, in order to characterize the specific sizes of interest related to the motor control of the subjects and to calculate parameters of interest related to the considered figure. The result achieved for each motor task is included in a three-page report in which it is specified: dimensional features, identified in order to characterize the various strategies employed for the drawing and to evaluate the executive accuracy; kinematic features, evaluated in order to characterize the control working during movements, and movement features. The presence of muscle hypotonia and ligamentous laxity was considered and an analysis of upper limb movements was carried out, as to enable the evaluation of possible articular angles differences between the two groups. Furthermore, a study on the head movement, in relation to the page and to the shoulders, was carried out, in order to examine the attention level of the subject during the execution of the text. A series of statistical tests were performed for the purpose of verifying the significance and the reliability of the obtained results and for identifying possible significant differences between the two groups in the analysed parameters. Generally, in gross motor movements, the peculiar characteristic of Down’s Syndrom subjects is the executive slowness. During the movement that I have analysed in my thesis Down’s Syndrome children’s behavior has been totally different; as a matter of fact, they moved faster than the control group. This speed increase in their movements leads to a less accurate and less precise final result. Therefore, we assume that, for this graphic gesture, the disturbance involves cognitive aspects such as, for instance, a minor attention in the movement itself, a memory deficit or the minor interest in reaching the correct result, and this does not seem to be caused by biomechanical and motor disturbances, such as ligamentous laxity and hypotonia, that are typical of these patients. In conclusion, this analysis method allowed to quantitatively evaluate and identify Down’s Syndrome disorders in a complete way. In the future, this methodology could give a valuable contribution to the identification of fine motor for other pathologies connected with cognitive and motor problems.

Nella valutazione delle abilità cognitive e motorie vengono comunemente utilizzati dei test nei quali viene chiesto ai soggetti di scrivere un testo o disegnare alcune semplici figure. Questi gesti grafo-motori vengono denominati movimenti fini e prevedono la coordinazione di piccoli movimenti muscolari a livello delle dita e della mano, rappresentano quindi l'integrazione tra task motorio e task cognitivo. Tali movimenti possono caratterizzare la natura di molteplici patologie che comportano disturbi a livello cognitivo e a livello motorio, dando un valido aiuto in fase decisionale per la scelta di una riabilitazione adeguata. Queste analisi, inoltre, permettono ai clinici di misurare il livello della maturazione percettivo-motoria in quanto un gesto grafico poco accurato si può considerare come la manifestazione di un disturbo mentale e comportamentale. Attualmente, nella pratica clinica, la maggior parte di queste valutazioni si basa sull'osservazione del risultato del gesto grafico e quindi su criteri qualitativi, oppure sull'utilizzo di una tavoletta grafica, che permette solamente l'analisi della traccia e non della postura del soggetto durante il gesto grafico. Questo lavoro di tesi è nato dall'esigenza di analizzare con una valutazione quantitativa ed esaustiva l'esecuzione di un task motorio che coinvolge sia aspetti cognitivi sia aspetti motori dei bambini con sindrome di Down. La sindrome di Down è considerata una delle più importanti cause di disabilità mentale, e determina un ritardo nello sviluppo motorio, in particolare un ritardo nell'acquisizione del controllo del tronco, della postura eretta e della deambulazione, che può essere attribuito all'ipotonia, al deficit nei meccanismi dell’equilibrio e alla lassità legamentosa che, a loro volta, sarebbero legati alla presenza dell'ipoplasia cerebellare. Il deficit peculiare a livello motorio nei bambini con sindrome di Down è la lentezza dei movimenti, deficit che permane anche in età adulta. In generale, anche se i bambini con sindrome di Down imparano a camminare, a raggiungere e a prendere gli oggetti, i loro movimenti mancano di precisione, di coordinazione e sono meno efficienti dei movimenti dei bambini che hanno avuto un normale sviluppo. Inoltre , queste persone presentano un atteggiamento ''goffo'' ed uno scarso controllo nella programmazione di molteplici movimenti che coinvolgono le diverse articolazioni. In questo studio, sono stati analizzati 22 soggetti con sindrome di Down di età compresa tra i 7 e i 25 anni, tali soggetti sono stati confrontati con 13 bambini con un normale sviluppo mentale e motorio di età compresa tra i 6 e i 12 anni. Nel set-up sperimentale è stato chiesto ai soggetti l’esecuzione tre tipologie di task differenti che riguardavano il disegno di tre semplici figure geometriche: un cerchio, una croce ed un quadrato. La scelta del tipo di test è stata determinata dai test clinici che normalmente vengono proposti. Per l’acquisizione del movimento del soggetto è stato utilizzato un sistema optoelettronico (SMART D BTS, IT). Tale sistema ha permesso l'acquisizione delle coordinate tridimensionali dei marker posizionati in particolari punti di repere del soggetto e sulla penna, questo ha consentito di rilevare il loro movimento, così da ricostruire la traccia del disegno ed anche il movimento dell'arto superiore e del capo del soggetto durante il gesto grafico. Ogni prova è composta da due fasi: un’acquisizione statica ed un’acquisizione dinamica. Nella prima fase sono stati acquisiti i marker posti secondo un determinato modello sulla penna e sul foglio. Durante questa fase viene determinata la posizione della punta della penna rispetto al sistema di riferimento locale della penna stessa, costruito mediante i marker posti sul suo cappuccio. Nella seconda fase i marker sono stati posizionati sulla testa, sulle spalle e sul braccio dominante del soggetto in modo tale da acquisire il suo movimento durante il gesto ed è stata ricostruita la traccia del disegno mediante le informazioni provenienti dalla prima fase sulla posizione della punta della penna, le acquisizioni della statica e della dinamica sono state caricate in un software dedicato, SMART Analyzer (BTS IT), insieme alle informazioni personali del paziente. Mediante questo software è stato sviluppato un protocollo ad hoc per ognuno dei tre task motori, al fine di caratterizzare le grandezze specifiche di interesse relative al controllo motorio nei soggetti e di calcolare parametri d'interesse relativi alla figura considerata. Il risultato ottenuto per ogni task motorio è contenuto in un Report composto da tre pagine, nelle quali vengono indicate le caratteristiche dimensionali, identificate per caratterizzare le diverse strategie impiegate nel disegno e per valutare la correttezza esecutiva, le caratteristiche cinematiche, che sono state valutate per caratterizzare il meccanismo di controllo durante il movimento, e i parametri del movimento della testa e dell'arto superiore dominante. Per correlare la traccia del disegno ottenuto e la strategia posturale utilizzata, è stata realizzata l’analisi dei movimenti del braccio superiore per valutare le possibili differenze negli angoli articolari tra i due gruppi in analisi. Inoltre per caratterizzare il livello di attenzione del soggetto durante l'esecuzione della prova è stata fatta l’analisi del movimento della testa rispetto al foglio e rispetto alle spalle. Per verificare la significatività e l'attendibilità dei risultati ottenuti e per individuare eventuali differenze significative nei parametri analizzati tra i due gruppi sono stati effettuati vari test statistici. Generalmente nei movimenti più ampi, come ad esempio il cammino, la caratteristica peculiare dei soggetti con sindrome di Down è la lentezza esecutiva. Durante il movimento analizzato in questo lavoro di tesi il comportamento dei bambini con sindrome di Down è totalmente diverso, infatti essi si muovono più velocemente rispetto al gruppo di controllo. Questa maggiore velocità porta ad un risultato finale meno accurato e preciso. Si ipotizza quindi che, per questo gesto grafico, il disturbo coinvolga aspetti cognitivi, come ad esempio la minor attenzione nel movimento stesso, il deficit di memoria, oppure il minor interesse al raggiungimento di un risultato corretto, e non sembra causato da disturbi a livello biomeccanico e motorio, come la lassità legamentosa e l'ipotonia, che sono tipicamente presenti in questi soggetti. Concludendo, il metodo di analisi utilizzato ha permesso di valutare e caratterizzare quantitativamente i disturbi della sindrome di Down nel gesto grafico in modo più completo. In futuro, questa metodologia potrebbe dare un valido aiuto nella caratterizzazione dei movimenti fini di altre patologie che comportano disturbi cognitivi e motori.