• accelerometri
• analisi del movimento
• coordinazione motoria
• disturbi dello spettro autistico (DSA)

Lo studio del movimento rappresenta da sempre uno dei maggiori campi di indagine della bioingegneria, soprattutto nell’ambito della riabilitazione e della robotica antropomorfa. Infatti, a partire dall’analisi motoria, negli anni sono stati sviluppati un gran numero di dispositivi, in particolare protesi ed ausili per la riabilitazione, impiegabili in svariate patologie del neurosviluppo, dell’adulto e dell’anziano.
Nell’ambito specifico delle patologie del neurosviluppo, di particolare interesse sono i disturbi dello spettro autistico (DSA). I soggetti affetti da DSA sono infatti caratterizzati da una significativa compromissione delle abilità di comunicazione e di interazione sociale e dalla presenza di comportamenti, attività e interessi ripetitivi e stereotipati. In aggiunta a questi sintomi cardine, sono presenti deficit, più o meno sfumati, nell’area dello sviluppo motorio, percettivo e sensoriale.
In passato, lo studio della motricità nei DSA era prevalentemente focalizzato sulle stereotipie motorie, tralasciando l’analisi dei deficit di sviluppo motorio, ma negli ultimi anni è andato crescendo l’interesse per lo studio delle atipie motorie. Tra queste possiamo citare deficit posturali, ritardi nell’acquisizione delle tappe motorie, deficit nelle abilità grosso e fino motorie, difetti di controllo posturale, non coordinazione nei movimenti dell’arto superiore durante la manipolazione degli oggetti, insoliti schemi del cammino, difficoltà di pianificazione ed esecuzione del movimento, etc.
La necessità di riuscire a diagnosticare precocemente i DSA ha portato la ricerca a focalizzare la sua attenzione proprio sullo studio di tali disabilità motorie, visto che tali capacità vengono sviluppate sin dai primi mesi di vita.
Uno dei movimenti maggiormente studiati sia in popolazioni neurotipiche che con DSA è il movimento di “raggiungimento e prensione”, considerato una pietra miliare nello sviluppo dei bambini. Tale task è infatti legato alla capacità di elaborare e coordinare informazioni riguardanti il “dove” e il “cosa” di un oggetto, assieme al “come” interagirvi, azioni che richiedono un processo di pianificazione e di successiva esecuzione motoria. Inoltre, quella di “raggiungere ed afferrare” è una complessa e fondamentale attività motoria che serve come metodo primario di esplorazione per un bambino al fine di conoscere ed interagire con il mondo che lo circonda.
Vari studi relativi al task di “raggiungimento e prensione”, effettuati su bambini tipici e con DSA, hanno mostrato deficit nella pianificazione del movimento da parte di questi ultimi, ed è stato osservato anche un disaccoppiamento tra il movimento di “raggiungimento” e quello di “presa” (i quali vengono eseguiti in maniera da non sovrapporsi, risultando scoordinati).
Gli studi sui task di “raggiungimento e prensione” effettuati sui bambini, vengono di solito condotti mediante sistemi di motion capture visivi marked-based, cioè tramite l‘impiego di telecamere e marcatori passivi, che richiedono un ambiente altamente strutturato (che in alcuni casi può intimorire e far sentire a disagio il bambino) e strumenti molto costosi.
Il nostro approccio per lo studio di tale movimento prevede l’impiego di task, sia “competitivi” che “non competitivi”, nei quali il bambino viene coinvolto come se stesse giocando, mentre i suoi movimenti vengono acquisiti tramite un accelerometro posizionato sul polso e con l’ausilio di una videocamera, necessaria perlopiù per la discriminazione e selezione dei movimenti validi ai fini dello studio. Infatti, dallo studio dell’accelerazione, effettuabile mediante analisi dei dati accelerometrici, è possibile ottenere dei parametri riguardanti il movimento estremamente significativi e difficilmente estrapolabili con altre metodiche, quali le analisi video, usate in questo studio solamente per validare la bontà delle feature estratte.
La metodologia di acquisizione utilizzata nel presente lavoro di tesi risulta essere minimamente invasiva e non richiede ambienti operativi strutturati.
Dai dati acquisiti vengono successivamente estratte alcune caratteristiche peculiari quali la durata del movimento, il picco di accelerazione e la percentuale del tempo al picco. Tali caratteristiche sono state estratte mediante un programma, realizzato in ambiente MatLab, e sviluppato nel presente lavoro di tesi, assieme all’analisi statistica legata alle feature estratte.
Grazie ai parametri ottenuti, si vanno a ricercare le differenze nell’esecuzione dei movimenti sopra citati tra i soggetti con DSA e neurotipici (nei vari task e categorie).
In particolare, il codice implementato effettua un’analisi dei file .csv prodotti dal software di acquisizione dei dati accelerometrici cercando le feature sopra riportate in modo tale da poter eseguire un’analisi statistica mediante l’utilizzo del software statistico SPSS. Inoltre, il codice MatLab restituisce in uscita un file .csv successivamente confrontabile con l’analisi video per l’eliminazione di movimenti spuri.
Dall’analisi statistica dei risultati ottenuti nel corso di questo lavoro, sono stati evidenziati comportamenti significativamente diversi nella programmazione ed esecuzione di task specifici di raggiungimento e prensione tra bambini con DSA e pari età neurotipici. Infatti, pur non riscontrando differenze significative tra i due gruppi nei task effettuati per quanto concerne l’analisi delle features caratteristiche, è stato evidenziato un diverso comportamento, nei DSA rispetto ai controlli, a seconda del task analizzato.
Infatti, mentre l’analisi su soggetti con DSA non ha mostrato differenze tra i movimenti effettuati in presenza di task competitivi rispetto ai non competitivi, i bambini neurotipici hanno avuto un’esecuzione dei compiti loro assegnati significativamente diversa nei due casi. In particolare, si è visto un minor tempo di esecuzione nei task competitivi, associato anche ad una maggior accelerazione media, rispetto ai task non competitivi, testimonianza di una diversa pianificazione del movimento, come ci si poteva aspettare. Tali differenze non sono state notate nei DSA, che quindi probabilmente tendono a pianificare due movimenti diversi allo stesso modo, mostrando carenza nella strategia pianificatoria ed esecutoria dell’azione.
Lo studio di queste carenze rilevate negli atti motori ed in generale delle atipie motorie nei bambini con DSA riveste notevole importanza, sia per l’identificazione di un marker precoce del disturbo che per una migliore comprensione dei meccanismi neurobiologici disfunzionali che ne stanno alla base.
I metodi minimamente invasivi impiegati in questo lavoro di tesi per lo studio della risposta motoria in bambini con DSA, si sono dimostrati efficaci per l’acquisizione di movimenti in ambienti non strutturati, indicando il loro possibile utilizzo per il monitoraggio motorio in altre patologie, anche molto differenti dai DSA, come ad esempio la Sindrome di Down.
Inoltre, il loro impiego si rende particolarmente utile per scopi riabilitativi, in quanto permettono di monitorare i progressi ottenuti con le terapie in soggetti patologici, ed anche per scopi di ricerca, poiché tramite lo studio di parametri caratteristici è possibile ottenere importanti contributi nello studio relativo alla patogenesi di alcuni disturbi quali i DSA.
Infine, l’approccio utilizzato, in virtù della sua ridotta invasività, si è dimostrato applicabile anche in presenza di disturbi neuro-comportamentali, evidenziando l’efficacia dell’impiego dei dati accelerometrici nella caratterizzazione del movimento in ambienti non prettamente clinici. Questo non può che aggiungere, alla esistente letteratura risultati interessanti ed in linea con quanto poteva essere atteso nel razionale dello studio.