Milano, 10 maggio 2012 Università Milano-Bicocca

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1 Anna Berti, Dipartimento di Psicologa, Gruppo di Ricerca di Neuropsicologia, Università di Torino e NIT Milano, 10 maggio 2012 Università Milano-Bicocca Azione senza movimento: dall intenzionalità alla consapevolezza motoria nei casi neuropsicologici

2 Definizione In generale negazione della malattia anosognosia per l emiplegia

3 (Seneca, lettere a Lucilius, epistula IX, Citato da Bisiach e Geminiani, 1990) Harpestem, uxoris meae fatuam, scis hereditarium onus in domo meae remanisse... Haec fatua desiit videre. Incredibilem rem tibi narro, sed veram: nescit esse se caecam; su binde paedagogum suum rogat ut migret, ait domum tenebricosam esse.... et ideo difficulter ad sanitatem pervenimus quia nos aegrotare nescimus. Tu sai che Harpeste, una sciocca amica di mia moglie, è rimasta a casa mia come un fardello ereditato. Questa folle donna ha improvvisamente perso la vista. Non solo, ora ti dico una cosa incredibile, ma vera. Ella non sa di essere cieca. Chiede continuamente di essere riportata da un altra parte dal suo guardiano poiché sostiene che la mia casa è buia.... è difficile riprendersi da una malattia se non sappiamo di essere ammalati

4 -Von Monakow (1885): anosognosia per la cecità corticale -Anton (1893, 1899): anosognosia per la plegia, emisomatoagnosia e anosognosia per la cecità corticale - Pick (1899): emiplegia, emianopsia e dislessia da neglect; negava tutti i disordini -Zingerle (1913): anosognosia per l emiplegia i disturbi vengono considerati: disordini locali della coscienza e della rappresentazione mentale -Babinski (1914; 1918) conia il termine anosognosia.

5 Berti et al., 1998

6 L anosognosia: non è semplicemente dovuta alla presenza di neglect personale o extrapersonale non può essere spiegata riconducendola alla presenza di altri disordini neurologici e neuropsicologici concomitanti non può essere vista come la conseguenza di un danno a un sistema generale di monitoraggio Piuttosto come conseguenza di un danno a un sistema di monitoraggio dominio specifico

7 Feed-forward hypothesis (Gold et al., 1994) Perché il paziente possa scoprire di eere plegico deve tentare i movimenti I pazienti AHP hanno perso l intenzione a muoversi Motor Intentional System Sensory Perceptual System comparator Movement No Movement

8 Poichè hanno perso l intenzione a muoversi il comparatore non può confrontare l intenzione/programmazione con i feedback Il paziente sarebbe anosognosico NON per un danno diretto al comparatore, ma perchè il comparatore è mal-alimentato Motor Intentional System Sensory Perceptual System comparator Movement No Movement

9 Hanno valutato la feedforward hypothesis studiando l attivazione EMG dei muscoli prossimali I muscoli prossimali ricevono innervazione bilaterale Quindi anche dopo un danno unilaterale è possibile rilevare attività del lato affetto ma se i pazienti hanno perso l intenzione a muoversi non dovrebbero attivare la muscolatura prossimale del lato plegico Il pattern di attivazione era congruente con l ipotesi

10 Interessante : Prima volta che l anosognosia viene considerata come un disturbo autonomo, svincolato dal neglect Problemi: 1. Il paziente non era completamente plegico diagnosi AHP ambigua 2. Probabilmente aveva motor neglect Sulla base di considerazioni anatomo-cliniche siamo arrivati a proporre esattamente il contrario

11 Studio su 30 pazienti emiplegici 17 A+N+ 12 A-N+ 1A+N-

12 Distribuzione delle lesioni nei pazienti con hemiplegia, neglect e AHP (17 patients) Distribuzione delle lesioni nei pazienti con hemiplegia, neglect senza AHP (12 patients)

13 La massima sovrapposizione delle lesioni era localizzata: Nella corteccia premotoria dorsale (area 6; danneggiata nel 94% dei pazienti A+N+) Seguita dall area 44 e dall area somatosensoriale (88% of the patients), E dall area motoria primaria (82% of the patients). Altre strutture adiacenti colpite erano l area 46 l insula (vedi anche Karnath et al., 2005). Basi neurali del comparatore Alcune parti del sistema motorio sembrano essere sistematicamente risparmiate in AHP, in particolare l area supplementare motoria, SMA, e la pre-supplementare motoria (pre-sma). relative all intenzionalità motoria

14 Previsione un paziente che avesse solo anosognosia dovrebbe avere una lesione che corrisponde alla sottrazione delle mappature dei due gruppi

15 Anosognosia lesions Patient RMA Brain lesion in patient RMA, who has pure anosognosia for hemiplegia without spatial neglect. Areas in red are in common with the brain areas identified by the pixelwise chi-square comparison of patients with anosognosia, as opposed to those without anosognosia. Areas in green are brain areas damaged in patient RMA that are not identified by the chi-square analysis. Areas in purple are those identified by the chi-square analysis and not damaged in patient RMA.

16 La lesione danneggia le basi neurali del comparatore Motor Intentional System Sensory Perceptual System comparator Movement No Movement Ma parti importanti del sistema sono risparmiate

17 I pazienti anosognosici possono avere esperienza dei movimenti che intendono produrre grazie all attività delle aree, risparmiate dalla lesione, coinvolte negli aspetti intenzionali del movimento, ma non sarebbero in grado di distinguere tra atto intenzionale e atto effettivamente compiuto a causa del danno al comparatore che non è più in grado di cogliere il mismatch tra previsioni e feedbacks Previsione opposta rispetto a quella di Gold e coll.

18 affordances Urge to move/intention Goals/ Prior intention Desired state Planner (movement selection) Limb World compa rator Motor awareness Forward model (Movement predictor/predicted state) Efference copy Sense of agency Comparator comp arator Sensory Information/actual state Blakemore, Wolpert e Frith (2002; si veda anche Haggard, 2005) hanno proposto che la consapevolezza motoria dipenda da un segnale che si costruisce sulla previsione di movimento generata dall attivazione dei programmi motori.

19 In: Attention & Performance XXII: Sensorimotor Foundation of Higher Cognition. Edited by Haggard P. Rossetti Y, Kawato M (pp ). Oxford: Oxford University Press, Metodi EMG di superficie per misurare l attività elettrica dei muscoli prossimali Registrazione continua bilaterale del Trapezio superiore: Left Upper Trapetius Right Upper Trapetius 3 condizioni: reaching con la mano plegica, reaching con la mano sana, resting. Dopo ogni reaching c era un periodo di resting Istruzioni: Deve raggiungere la mia mano con la sua mano e tenere la posizione fino a che io le dico: si rilassi

20 Soggetti Controllo: neurologicamente intatto Paziente con emiplegia controlaterale, non anosognosico (NonAHP) Paziente con emiplegia controlaterale e anosognosia (AHP)

21 Previsioni Quando I soggetti di controllo normali e i pazienti plegici senza anoso tentano di muovere un arto si dovrebbe osservare attivazione dei muscoli prossimali

22 Previsioni Quando I pazienti con AHP tentano di muovere il braccio plegico No intenzione Non dovrebbero contrarre l arto plegico Nessuna attivazione dei muscoli prossimali Intenzione Dovrebbero contrarre l arto plegico Attivazione dei muscoli prossimali

23 Case report: Patient CR 74 anni Lesione emisferica destra emiplegia, emianestesia, neglect personale ed extrapersonale. Valutata 32 giorni dopo l ictus Ben orientata, collaborante,nessun problema di ragionament/linguaggio/cognitivo Al momento della valutazione presentava ancora emiplegia sinistra, emianestesia e lieve neglect. Presenza di grave AHP CR era convinta di poter muovere il braccio sinistro senza problemi, di camminare e di poter eseguire le normali attività della vita quotidiana.

24 Controllo normale V D _ 1 M U S C L E S A C T I V I T Y μv Durante il reaching con il braccio sinistro si attiva LeftTrap 2. During il reaching con il braccio destro si attiva il RightTrap -200 LeftTrap RightTrap Movement M: Lef ttrap RightTRap Normal M: Lef ttrap RightTRap NonAHP M: Lef ttrap RightTRap AHP L R R Left movement Right movement Resting...

25 1200 NonAHP 1000 V D _ 1 M U S C L E S A C T I V I T Y μv Durante il reaching sn si attiva il LeftTrap 2. Durante il reaching ds si attiva il RightTrap -200 LeftTrap M: Lef ttrap RightTRap Movement Normal RightTrap LeftTrap RightTrap Movement M: Lef ttrap RightTRap NonAHP M: Lef ttrap RightTRap AHP L R R Left movement Right movement Resting...

26 V D _ 1 M U S C L E S A C T I V I T Y μv LeftTrap M: Lef ttrap RightTRap Movement Normal RightTrap LeftTrap RightTrap Movement M: Lef ttrap RightTRap NonAHP LeftTrap M: Lef ttrap RightTRap Movement AHP RightTrap Left movement Right movement Resting...

27 1200 Paziente AHP. 1. Durante 1000 il reaching sn si attiva il V D _ 1 M U S C L E S A C T I V I T Y μv LeftTrap Durante il reaching ds si attiva il RightTrap 600 is activated 3. Durante il reaching sn il RightTrap è più 400 attivo del sn. Però la parte destra è sempre più attiva della sinistra (anche 200 nella condizione di risposo; probabilmente an active process 0 induced by disinhibition, in order to establish new compensatory pathways -200 M: Lef ttrap RightTRap M: Lef ttrap RightTRap see Ghika et al., 1995; Cao et al., 1998) Normal NonAHP M: Lef ttrap RightTRap AHP Left movement Right movement Resting...

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29 CONCLUSIONE Dall attività registrata nella muscolatura prossimale possiamo inferire che la paziante avesse intenzione a muoversi La domanda successiva che ci siamo posti è stata: Le risposte intenzionali dei pazienti AHP sono legate al funzionamento di meccanismi neurali di controllo che regolano la programmazione motoria nei soggetti normali, in modo da influenzare le prestazioni motorie della mano sana durante l esecuzione di movimenti bimanuali?

30 La domanda è: che cosa accade quando a un paziente emiplegico con anosognosia, che non può muovere l arto controlaterale, ma è convinto di poterlo muovere, viene chiesto di compiere movimenti unimanuale e bimanuali asimmetrici?

31 FRANZ, E., ZELAZNIK, H. N. & MCCABE, G. (1991) Spatial topological constraints in a bimanual task. Acta Psychol., 77,

32 Circles-lines task: bimanual coupling effect FRANZ, E., ZELAZNIK, H. N. & MCCABE, G. (1991) Spatial topological constraints in a bimanual task. Acta Psychol., 77,

33 Circles-lines task: bimanual coupling effect FRANZ, E., ZELAZNIK, H. N. & MCCABE, G. (1991) Spatial topological constraints in a bimanual task. Acta Psychol., 77,

34 GROUP AHP MN HP PATIENT AB CI FG BS CD CG PI VG PG PL AGE EDUCATION DAYS FROM ONSET MMSE (cut off 24/30) BIT conventional and behavioral subtests (cut off 129/146; 67/81) BELLS (cut off omissions L - R < 3) FLUFF (cut off omissions L 2) 29/30 28/30 26/30 24/30 26/30 28/30 27/30 24/30 28/30 26/30 103/146 65/81 13/146 8/41 101/146 64/81 43/146 26/81 112/146 60/81 115/146 65/81 92/146 15/81 125/146 37/81 131/146 79/81 121/146 52/

35 CONDIZIONI SPERIMENTALI Unima L Bima C-L Imag C-L Veniva calcolato un indice di ovalizzazione (OI) come deviazione standard da traiettorie della mano perfettamente rettilinee. Coupling effect = aumento significativo di OI

36 Previsioni. 1. Effetto di coupling nei soggetti normali 2. Effetto di coupling nei pazienti HP? 3. Effetto di coupling se AHP hanno intenzione 4. Nessun effetto nei pazienti MN 5. Immaginazione?

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40 RISULTATI

41 TRAIETTORIE NELLE CONDIZIONI BIMNUALI ASIMMETRICHE E rappresentata la mano destra che fa righe HEALTHY SUBJECT HP PATIENT

42 TRAIETTORIE NELLE CONDIZIONI BIMNUALI ASIMMETRICHE E rappresentata la mano destra che fa cerchi HEALTHY SUBJECT HP PATIENT AHP PATIENT

43 TRAIETTORIE NELLE CONDIZIONI BIMNUALI ASIMMETRICHE E rappresentata la mano destra che fa cerchi HEALTHY SUBJECT HP PATIENT AHP PATIENT MN PATIENT

44 Statistical Results: controlli vs AHP CONTROL GROUPS CONDITIONS ** ** Unima L Bima CL Imag CL AHP PATIENTS CONDITIONS Unima L ** ** ** ** ** * Bima CL Imag CL

45 Statistical Results: controlli vs MN CONTROL GROUPS CONDITIONS ** ** Unima L Bima CL Imag CL CONTROL GROUPS MN PATIENTS CONDITIONS Unima L Bima CL Imag CL

46 Conclusioni: Replicati i dati di coupling nei soggetti normali Nessun effetto di coupling nella condizione immaginativa Pazienti HP non hanno l effetto apprendimento della paralisi Pazienti AHP hanno coupling attivazione del sistema intenzione-programmazione Pazienti MN non hanno coupling assenza di intenzionalità motoria

47 Per provare definitivamente che i pazienti anosognosici utilizzano e attivano gli stessi sistemi dei soggetti normali quando hanno intenzione di compiere un movimento abbiamo deciso di valutare anche i parametri temporali della programmazione/esecuzione Temporal coupling due to illusory movements in bimanual actions: evidence from anosognosia for hemiplegia Lorenzo Pia, Lucia Spinazzola, Marco Rabuffetti, Maurizio Ferrarin, Francesca Garbarini, Alessandro Piedimonte, Jon Driver*, Anna Berti, submitted.

48 Kelso and coworkers, 1979: i soggetti dovevano raggiungere target facili easy (vicini e grandi) e target difficili (lontani e piccoli). I tempi di movimento erano più brevi per i target vicini rispetto ai target lontani nelle condizioni unimanuali Quando però le due condizioni venivano combinate, cioè una mano doveva andare vicino e l altra lontano, non trovarono che una mano arrivava prima dell altra, ma che vi era una forte tendenza delle due mani a iniziare e finire il movimento insieme soprattutto perchè la mano che andava verso il target vicino rallentava.

49 Abbiamo modificato il paradigma. difficult Hand (Left or Right) Space (Near or Far) Action (Unimanual, Ba, Bs) easy

50 RESULTS IN NORMAL SUBJECTS M o v e m e n t T i m e TEMPI DI MOVIMENTO IN FUNZIONE DELL AZIONE Transport time for the left and right hand as function of Space and Action 100 ACTION Action U BA Ba BS Bs LEFT Left HAND hand Action U U Ba BA BS Bs RIGHT Right hand HAND Conclusione: le mani erano influenzate reciprocamente dal movimento dell altra mano nelle condizioni asimmetriche Far Far Near Near 1. LH and RH had similar MT in unimanual condition Movement Time is much shorter for easy target than for difficult target in unimanual conditions. 1. In bimanual condition the hands reaching is simultaneous. 2. In Ba conditions the hand that reaches for near targets slowed down.

51 Previsioni Quando ai pazienti AHP viene richiesto un movimento di reaching bilaterale No intenzione Non dovrebbero tentare nessun movimento Nessuna differenza nei Tempi di Movimento per la mano Destra nlle diverse condizioni sperimentali. Intenzione Dovrebbero tentare il movimento MT della mano destra diversi nelle condizioni Unilaterali rispetto alle condizioni Bilaterale simmetriche.

52 Case report: Patient LM 41-year-old right-handed man damage in the right hemisphere caused left hemiplegia, left hemianaesthesia and severe personal and extrapersonal left-sided neglect. We tested him 71 days after the stroke Well oriented in time and space had no global reasoning or language problems. He could readily understand and follow test instructions and was very cooperative.

53 At the time of testing he still showed left hemiplegia and left anaesthesia, whereas personal and extrapersonal neglect were improved He also showed a severe ansognosia for his hemiplegia Like CR he believed that he was able to use his left arm and hand and to walk and carry out without any problem several daily activities

54 Patient and controls right hand M o v e m e n t T im e ACTION: UR Ba Bs Action U BA BS LM S Right hand Patient ACTION: UR Ba Bs U BA BS Normals Right hand Controls Far Far Near Near - Also in patient LM the action of the right hand in near space is influenced by the simultaneous perceived action of the contralesional plegic hand

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56 Urge to move/intention Anosognosia Goals/ Prior intention Desired state affordances Planner (movement selection) Limb x World compa rator Motor awareness Forward model (Movement predictor/predicted state) Efference copy Sense of agency Comparator x The discrepancy is not detected comp arator Sensory Information/actual state Secondo la nostra ipotesi:: 1. Un danno al comparatore che deve confrontare le previsioni con I feedback impedisce di rilevare la differenza tra la condizione movimento/nonmovimento. 2. Una parte del sistema funziona normalmente. I pazienti AHP hanno intenzioni e possono fare previsioni. Questa porta alla costruzione di una consapevolezza non-veridica che può rappresentare la base neurale della loro falsa credenza di potersi ancora muovere.

57 affordances Urge to move/intention Motor neglect Goals/ Prior intention Desired state Planner (movement selection) Limb World compa rator Motor awareness Forward model (Movement predictor/predicted state) Efference copy Sense of agency The discrepancy is not detected Comparator comp arator Sensory Information/actual state Secondo la nostra ipotesi:: 1. Un danno al sistema intenzionale non innesca nè la programmazione nè il movimento. Il comparatore non ha niente da confrontare. Non emerge nessuna consapevolezza motoria.

58 CONCLUSIONI Questi esperimenti dimostrano che pazienti emiplegici con anosognosia hanno una normale intenzione/programmazione dei movimenti del lato affetto su cui si costruisce la loro consapevolezza motoria L intenzione non rappresenta una volontà astratta di movimento, legata alle conoscenze precedenti al danno, ma viene effettivamente implementata nelle fibre dei muscoli prossimali dai circuiti risparmiati dalla lesione coinvolti nella programmazione ed esecuzione motoria e si spinge a influenzare i parametri motori della mano destra quando i pazienti presentano la falsa credenza di poter muovere contemporaneamente la sinistra

59 Dipartimento di Psicologia, Università di Torino Lorenzo Pia Lucia Spinazzola Francesca Garbarini Alessandro Piedimonte Dipartimento di Psicologia, Università di Bologna ICN London Jon Driver Polo tecnologico, Istituto Don Gnocchi, Milano Marco Rabbuffetti Maurizio Ferrarin Francesca Frassinetti