Il sistema sensomotorio

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1 Il sistema sensomotorio

2 Sistemi Sensoriali Sistemi Motori energia meccanica informazione neurale informazione neurale energia meccanica

3 Il sistema motorio è discendente Aree motorie corticali Strutture motorie sottocorticali Strutture motorie periferiche

4 I programmi motori sono responsabili del fenomeno dell equivalenza motoria La stessa azione eseguita compiendo movimenti anche molto diversi (i.e., effetori diversi) mostra analogia sorprendenti mano destra polso destro mano sinistra bocca piede destro

5 Effettore Qualsiasi parte del corpo che si muove (es. gamba, mano, occhio, lingua). Il movimento è indotto da un cambiamento nei muscoli che controllano l effettore.

6 MUSCOLI fibre elastiche organizzate in coppie antagoniste muscoli antagonisti

7 L interazione tra muscoli e sistema nervoso è mediata dai motoneuroni alfa ACh RIFLESSO DA STIRAMENTO

8 Movimenti riflessi Non sono controllati dalla volontà. Sono caratterizzati da un estrema stereotipia, sono sempre uguali Non cambiano con l esperienza e la pratica. Dipendono necessariamente da uno stimolo esterno Dipendono dall intensità dello stimolo: più intenso è lo stimolo più il movimento riflesso è ampio e si associa ad una maggiore contrazione muscolare Non mostrano equivalenza motoria

9 I riflessi possono dare anche origine a movimenti ritmici complessi che coinvolgono segmenti spinali diversi (ad esempio, riflesso di grattamento).

10 Animale spinale Anche a livello del midollo spinale ciò che è importante è lo scopo e non il movimento

11 Afferenze ai motoneuroni alfa: Recettori sensoriali dello stiramento Corticali sistema piramidale Sottocorticali sistema extrapiramidale Interneuroni spinali

12 Movimenti volontari Hanno uno scopo preciso, sono finalizzati al raggiungimento di un obiettivo Possono dipendere dalla presenza di informazioni sensoriali esterne (visive, tattili, acustiche) oppure possono essere generati dall interno Tendono a modificarsi con l esperienza e la pratica. Dalla nascita in poi c è un continuo miglioramento della capacità di programmare, di coordinare i movimenti. Movimenti inizialmente complessi diventano automatici con l allenamento Mostrano il fenomeno dell equivalenza motoria: uno stesso scopo può essere raggiunto attraverso atti motori diversi (es, grafia)

13 PIRAMIDALE EXTRAPIRAMIDALE

14 Il sistema motorio Ciascun livello gerarchico riceve informazioni dalla periferia, per cui le afferenze sensitive possono modificare i comandi che vengono inviati ai livelli più bassi Il cervelletto e i nuclei della base svolgono una funzione di controllo

15 Aree corticali e controllo del movimento volontario M1 Stazione terminale dell analisi corticale

16 Area motoria primaria (M1) La corteccia motoria primaria (M1) è localizzata nel giro precentrale. La stimolazione elettrica di M1 evoca la comparsa di movimenti controlaterali ed ha rivelato la sua organizzazione somatotopica. Funzione: attiva durante l esecuzione del movimento Input: corteccia somatosensoriale, AMS, APM. Output: tronco dell encefalo, midollo spinale.

17 Aree corticali e controllo del movimento volontario Area motoria primaria (4) M1 Aree motorie secondarie (6) AMS area motoria supplementare APM area premotoria Area associative (8, 5-7) Area prefrontale dorsolaterale Area parietale posteriore AMS APM

18 CONTROLLO MOTORIO Strutture corticali Area motoria primaria (4) M1 Aree motorie secondarie (6) AMS area motoria supplementare APM area premotoria Area associative (8, 5-7) Area prefrontale dorsolaterale Area parietale posteriore

19 La programmazione del movimento: AMS e APM Funzione: implicate nella programmazione del movimento Input: corteccia parietale posteriore, corteccia prefrontale Output AMS: muscoli assiali attraverso midollo, muscoli distali attraverso M1. Output APM: muscoli prossimali e assiali attraverso M1, tronco encefalico e midollo.

20 AMS: Esecuzione vs Programmazione Movimenti semplici attivano M1 e S1 unilaterali Movimenti complessi attivano AMS e prefrontale bilaterali L immaginazione di movimenti complessi attiva AMS bilaterali

21 AMS: Esecuzione vs Programmazione L attivazione di AMS è sincrona alla presentazione dello stimolo di allerta La M1 si attiva solo al segnale di Go! * Dati relativi alla mano destra (fmri)

22 Area Motoria Supplementare pre-ams e intenzione del movimento La stimolazione elettrica provoca desiderio di muoversi. Si attiva prima che il soggetto sia consapevole di aver deciso di muoversi. Lesioni alle aree prefrontali deficit di iniziazione del movimento, interferiscono con la pianificazione delle azioni volontarie (vs. autonomia nel reagire agli eventi)

23 Area PreMotoria Coinvolta nella programmazione del movimenti guidati da segnali sensoriali, es. verso un bersaglio (movimenti di afferramento). Il neurone nell APM scarica alla comparsa dello stimolo istruzione e cessa all inizio del movimento

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25 L APM riceve informazioni multisensoriali dalla PP, necessarie, ad esempio, all integrazione visuo-motoria necessaria ai movimenti di afferramento. Percezione - Azione

26 Plasticità delle aree motorie Partecipanti due gruppi: 1) dovevano eseguire alcuni esercizi con le 5 dita di una mano sulla tastiera di un pianoforte badando al ritmo, senza fare pause, etc. 2) dovevano solo IMMAGINARE di eseguire quelle sequenze. I soggetti sono stati studiati per 5 giorni consecutivi, e ogni giorno avevano una sessione di esercizi di due ore seguita da un test. Il test consisteva nell esecuzione di 20 ripetizioni dell esercizio a 5 dita. Ognuno dei 5 gg, prima della sessione di esercizi, TMS per mappare le aree corticali che controllano movimenti flessori ed estensori delle dita nei due emisferi (quindi, sia per mano impegnata nell esercizio che per mano non impegnata) potenziali evocati motori (PEM) (Pasual-Leone et al, 1995) 26

27 Risultati su soggetti che eseguivano fisicamente l esercizio Livello comportamentale: alla fine dei 5 gg di training i soggetti avevano migliorato l esecuzione degli esercizi Mappatura con TMS della rappresentazione corticale delle dita: man mano che aumenta la capacità di eseguire il compito, diminuisce l intensità della TMS necessaria per indurre l attivazione dei muscoli flessori ed estensori della mano impegnata nell esercizio 27

28 Cortical output maps for the finger flexors of the trained and the untrained hands of a representative subject. Note the marked changes of the output maps for the trained hand following practice and the lack of changes for the untrained hand. Note further the significant difference in cortical output maps for the trained hand after the practice sessions on days

29 Effetto dell esercizio mentale Average cortical output maps for the finger flexors of the trained hand in subjects undergoing daily physical versus mental practice. Note the similarity in output maps with either form of practice. 29

30 La velocità con cui si verificano questi cambiamenti nella rappresentazione corticale dei muscoli flessori ed estensori delle dita della mano usata per l esercizio suggeriscono che una certa regione della corteccia può aumentare - ma in maniera reversibile la sua influenza su un gruppo di motoneuroni. Ciò riflette un smascheramento di connessioni pre-esistenti (più che la formazione di nuove connessioni); infatti la transitorietà e la velocità degli effetti suggeriscono che quelle connessioni ci fossero già. 30

31 CONTROLLO MOTORIO Strutture sottocorticali IN OUT pianificano e controllano movimenti complessi OUT IN controlla gli aspetti temporali del movimento e la precisione

32 Strutture motorie sottocorticali I GANGLI DELLA BASE Input: corteccia prefrontale, frontale e parietale. Output: AMS via talamo. Funzione: pianificazione, avvio e completamento di movimenti finalizzati; inibire quelli indesiderati CERVELLETTO Input: corteccia frontale motoria e parietale. Output: M1 e APM via talamo. Funzione: mantenimento postura ed equilibrio, movimenti veloci, apprendimento motorio esterno interno

33 Circuiti del controllo motorio Circuito interno AMS e gangli base Movimenti appresi e a controllo interno Circuito esterno APM e cervelletto Movimenti guidata da indizi esterni esterno interno

34 Apprendimento procedurale La ripetizione converte un comportamento motorio appreso in una routine, la cui esecuzione non coinvolge circuiti corticali ma recluta esclusivamente strutture sottocorticali (gangli della base). Disturbi motori determinati da degenerazione dei gangli della base deficit della memoria procedurale?

35 Morbo di Parkinson degenerazione del sistema nigrostriatale (neuroni dopaminergici) lentezza nei movimenti (bradicinesia) difficoltà ad iniziare i movimenti volontari (acinesia), aumento del tono muscolare (rigidità) tremore (a riposo) Ridotto assorbimento di tracciante radioattivo a livello delle proiezioni dopaminergiche dallo striato alla sostanza nera

36 Morbo di Huntigton degenerazione del nucleo caudato, putamen e pallido. Ereditaria. movimenti incontrollati (ipercinesia) e anomali (es., a scatto) corea disturbi cognitivi e demenza

37 Lesioni del cervelletto Atassia cerebellare Perdita di coordinazione e di precisione di movimenti in corso di svolgimento dismetria Instabilità maggiore quando l arto è vicino all obiettivo - Tremore intenzionale - alterazioni nella stima della forza necessaria per portare a termine un movimento Alterazioni posturali

38 Disturbi del movimento Il controllo del comportamento motorio dipende da un grande numero di sistemi differenti. Lesioni selettive di tali sistemi possono determinare deficit motori specifici. Lesioni di M1 o della via cortico-spinale Sindrome piramidale: i motoneuroni non possono essere attivati e quindi si ha paresi (riduzione di forza) o paralisi (assenza completa di forza) Lesioni in AMS e APM non producono alterazioni della forza muscolare, ma incapacità ad eseguire in modo corretto e coordinato un movimento (es., disturbi di coordinazione bimanuale in assenza di deficit di forza)

39 Aprassia Incapacità di portare a termine azioni finalizzate in assenza di disturbi elementari del movimento. - dissociazione automatico-volontaria Frequenza - 30%-50% dei cerebrolesi sinistri

40 Aprassia Sistemi effettori colpiti: Aprassia degli arti Aprassia orale o buco-facciale Aprassia del tronco

41 Aprassia Livello di elaborazione deficitario Aprassia Ideomotoria (AIM): incapacità di tradurre la sequenza motoria conosciuta nel corrispondente programma motorio. Il paziente non sa COME fare. Aprassia Ideativa (AI): incapacità di rappresentarsi mentalmente il gesto o la sequenza di movimenti da compiere. Il paziente non sa COSA fare

42 APRASSIA È associata a lesioni parietali sinistre Area parietale sinistra Memoria delle azioni aprassia parietale (arti sx, dx) aprassia di sx (simpatica), plegia dx

43 Aprassia ideomotoria Difficoltà a trasformare la rappresentazione di un movimento in una sequenza corretta di atti motori. Conoscenza della sequenza di eventi motori OK Esecuzione del gesto KO Il paziente non riesce ad imitare od eseguire: gesti non simbolici (es. metta la sua mano sul mento) gesti simbolici intransitivi (es. faccia il segno della croce) gesti simbolici transitivi (es., si pettini i capelli) Pantomime dimostrazione dell uso di un oggetto in presentazione visiva, tattile o verbale