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INTO THE GROOVE: CAN RHYTHM INFLUENCE PARKINSON'S DISEASE? Neuroscience and Biobehavioral Reviews Volume 37, Issue 10, Part 2, December 2013, Pages 2564-2570.

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1 INTO THE GROOVE: CAN RHYTHM INFLUENCE PARKINSON'S DISEASE? Neuroscience and Biobehavioral Reviews Volume 37, Issue 10, Part 2, December 2013, Pages REVIEW Cristina Nombela a, Laura E. Hughes b, Adrian M.Owen c, d, Jessica A. Grahn c, d a Clinical Neuroscience Department, Cambridge Centre for Brain Repair, ED Adrian Building, Forvie Site, Robinson Way, Cambridge CB2 0PY, United Kingdom b MRC Cognition and Brain Sciences Unit, 15 Chaucer Road, Cambridge, CB2 7EF, United Kingdom c The Brain and Mind Institute, Natural Sciences Building, The University of Western Ontario, London, Ontario N6A 5B7, Canada d Department of Psychology University of Western Ontario, London, Ontario N6A 5B7, Canada

2 Patologia ad eziologia sconosciuta. Caratterizzata dalla degenerazione cronica e progressiva delle strutture nervose che costituiscono il sistema extrapiramidale. James Parkinson (1817) An Essay on the Shaking Palsy

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4 È costituito dal fascio piramidale che provvede ai movimenti volontari dei muscoli. cellule piramidali Origina dalle cellule piramidali della Corteccia Motoria Primaria. Contiene 3 paia di fasci discendenti: 1.FASCIO CORTICOBULBARE 2.FASCIO CORTICOSPINALE LATERALE 3.FASCIO CORTICOSPINALE ANTERIORE

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8 Sistema complesso con più interazioni, comprendente: nuclei della base (Corpo striato = caudato + putamen, globo pallido); sostanza nera, nucleo rosso, nucleo subtalamico; formazione reticolare di bulbo e ponte, nuclei vestibolari. Esso è connesso con talamo, corteccia cerebrale e cervelletto. Modula (eccitando o inibendo) i motoneuroni del midollo spinale. Si distinguono quindi: Via Cortico-Strio-Pallido-Rubro (reticolo)-Spinale Via Cortico-Strio-Pallido-Ipotalamo-Olivo-Spinale Via Cortico-Ponte-Cerebellare-Rubro-Reticolo-Spinale

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11 Depigmentazione della sostanza nera (in questarea è prodotta la dopamina). Presenza dei Corpi di Lewy (aggregati proteici che si sviluppano allinterno delle cellule nervose).

12 TREMORE Sintomo predominante: TREMORE RIGIDITÀ Sintomo predominante: RIGIDITÀ (più rara)

13 Precedenti ricerche hanno rilevato che la musica può migliorare la deambulazione in diverse condizioni patologiche, tra cui il morbo di Parkinson, la malattia di Huntington e lictus. Attualmente, lo studio sulle interazioni uditivo-motorie e sulla percezione del ritmo musicale a livello neurale, ha fornito importanti spunti per lo sviluppo di potenziali terapie per i disturbi del movimento. Gli studi di neuroimaging mostrano che, la percezione del ritmo attiva strutture all'interno dei principali centri motori, come ad esempio le aree premotorie e motorie complementari, i gangli della base e il cervelletto - molte delle quali, nella malattia di Parkinson, sono compromessi in misura diversa. Sembra quindi probabile che l'impegno delle aree motorie durante la percezione del ritmo possa essere l'anello di congiunzione tra la musica e il miglioramento motorio nel paziente affetto da morbo di Parkinson.

14 Tra i sintomi cardinali della malattia di Parkinson (PD): diminuita capacità di camminare: difficoltà nel regolare la lunghezza del passo; difficoltà nel regolare la lunghezza del passo; la velocità è ridotta; la velocità è ridotta; è presente un blocco nella deambulazione è presente un blocco nella deambulazione aumenta la cadenza o frequenza del passo aumenta la cadenza o frequenza del passo

15 Elaborazione dellatto motorio Elaborazione dellatto motorio Deficit della coordinata locomozione ritmica! Esecuzione del movimento Esecuzione del movimento Carente in questi soggetti

16 Porta a miglioramento di: andatura, velocità, cadenza e lunghezza della falcata (Thaut et al., 1996). Questi risultati sono stati confermati da altri studi che hanno mostrato che gli effetti benefici sulla velocità di deambulazione persistono (seppur brevemente) anche dopo la presentazione dello stimolo (McIntosh et al., 1998 e Nieuwboer et al., 2009).

17 L'utilizzo degli stimoli ritmici (stimolazione uditiva) nel paziente affetto da PD risulta essere più efficace rispetto ad altri tipi di stimolazione, come quella visiva, somatosensoriale (tattile) o uditiva combinata a segnali visivi. Anche se gli stimoli uditivi combinati a quelli visivi possono migliorare la deambulazione nel paziente affetto da PD, le caratteristiche del sistema uditivo umano ne fanno un bersaglio terapeutico migliore per due motivi principali: 1. i tempi di reazione per i segnali uditivi sono ms più brevi rispetto alle indicazioni visive o tattili; 2. il sistema uditivo ha una forte tendenza a rilevare i modelli temporali di periodicità e struttura rispetto ad altri sistemi sensoriali.

18 La sensibilità temporale del sistema uditivo sottoposta alle forti caratteristiche temporali della musica (ritmo) può indurre ad una regolarizzazione sincrona col sistema motorio. La maggior parte delle NMT (terapie musicali neurologiche) hanno utilizzato una forte battuta come stimolo di aiuto per lavvio del movimento.

19 Serie di regolari eventi acustici ricorrenti. Può essere considerata come una percezione che genera una forte aspettativa temporale di battute successive. Inizialmente, nel soggetto, il ritmo deriva esclusivamente dalla stimolazione uditiva. Esso, in seguito, può indurre a generare consciamente un senso ritmico di battute cosicché non appena il modello si sarà stabilito internamente, potrà poi mantenersi nella mente di chi ascolta anche in assenza del ritmo stesso. Il processo di sincronizzazione delle sensazioni endogene del battito con il movimento ritmico esterno è definito trascinamento (base dei programmi di musico-terapia).

20 I suoni possono esercitare un'influenza sulla via motoria, tramite connessioni Reticolo-spinale e modificare così, la tempistica delle attività dei motoneuroni spinali Le connessioni tra i sistemi uditivo e motorio sono utilizzate per spiegare lauditory startle reflex (linizio del riflesso uditivo): una rapida risposta motoria a suoni improvvisi.

21 Questo accoppiamento senso-motorio, in cui le informazioni sonore suscitano lazione motoria, è stato sperimentato in volontari sani e sembra essere positivo anche in malattie neurodegenerative come PD e la malattia di Huntington, così come in pazienti con lesioni cerebrali traumatiche e da ictus. Studi realizzati sulle scimmie Studi realizzati sulle scimmie hanno anchessi indicato una connessione tra i circuiti uditivo e quello motorio. Nelle scimmie sono state descritte proiezioni dirette dalla corteccia uditiva al putamen (de la Mothe et al, 2006).

22 Nelluomo le aree del cervello coinvolte nella elaborazione del ritmo sono strettamente correlate a quelle del movimento, come ad esempio: lacorteccia pre-motoria; larea motoria supplementare (SMA); il cervelletto; i gangli della base. I gangli della base, in particolare il putamen, è coinvolto nella regolazione della sequenza degli eventi ritmici innestati dal battito. Le efferenze sono dirette attraverso il talamo a diverse aree della corteccia cerebrale (pre-frontale, pre-motoria, SMA, motoria primaria) Il cervelletto è anche coinvolto in associazioni senso-motorie, in quanto, può controllare la sincronizzazione ritmica uditivo-motoria attraverso il monitoraggio degli schemi ritmici e regolando il movimento alle mutazioni dei tempi

23 Nella normale esecuzione motoria (in assenza di patologia), i gangli della base e la SMA stabiliscono un ciclo funzionale che mantiene un'adeguata preparazione per i movimenti sequenziali. La SMA si prepara per il prossimo prevedibile movimento, mantenendo uno stato di "prontezza". Una volta avviato il movimento, l'attività di prontezza della SMA si arresta. Questo ciclo all'interno di una sequenza automatizzata si innesta con gli scarichi dei nuclei della base dopo ogni movimento (Mushiake et al., 1990). Il ciclo richiede un segnale interno per far sì che il movimento sia coordinato. Tuttavia, nel paziente affetto da PD questo segnale interno è compromesso, ritardato o mancante, poiché queste aree nel PD, sono colpite in modo differenziale durante il processo neurodegenerativo.

24 Liperattività nel pre- SMA durante il sequenziamento dellazione può essere un meccanismo di compensazione per la disfunzione iniziale e questo meccanismo di compensazione può essere avviato dal cervelletto. La perdita selettiva dei neuroni piramidali della pre - SMA può provocare una riduzione dellelaborazione temporale (Kotz e Schwartze, 2011). Terapie motorie neurologiche cercano di rafforzare percorsi alternativi basati su connessioni esistenti

25 Lo schema rappresenta l'attivazione dei circuiti cervelletto-talamo-corticale. Utilizzando studi di neuroimaging si confronta la stimolazione esterna e la generazione interna e si deduce che si possono utilizzare diversi percorsi per raggiungere le stesse aree chiave. Una maggiore attività nel cervelletto potrebbe significare l'accesso ad un percorso alternativo per compensare il danneggiamento del percorso dei gangli della base - SMA – corteccia prefrontale Lo schema rappresenta l'attivazione dei circuiti cervelletto-talamo-corticale. Utilizzando studi di neuroimaging si confronta la stimolazione esterna e la generazione interna e si deduce che si possono utilizzare diversi percorsi per raggiungere le stesse aree chiave. Una maggiore attività nel cervelletto potrebbe significare l'accesso ad un percorso alternativo per compensare il danneggiamento del percorso dei gangli della base - SMA – corteccia prefrontale.

26 Diversi segnali uditivi (per esempio, un solo tono di metronomo, un tono di metronomo inserito nella musica o solo la musica), vengono combinati con parametri musicali (come il ritmo o metro), per sottolineare i regolari battiti nel ritmo ascoltato. aiuta a regolare la carente sincronizzazione internaprocessi di formazione del ritmo nel PD. Questi segnali sensoriali ben definiti aiutano a regolare i tempi e il ritmo nel camminare. Essi, possono anche agire come un orologio interno che aiuta a regolare la carente sincronizzazione interna e i processi di formazione del ritmo nel PD. Il ritmo musicale può così guidare l'attività della rete senso-motoria, facilitando quindi il lavoro dei nuclei della base e SMA compromessi, consentendo miglioramenti nella deambulazione.

27 putamen putamen è una delle regioni più colpite nel PD Un precedente lavoro effettuato con fMRI ha mostrato che il putamen risponde positivamente agli stimoli ritmici (battiti) (Grahn e Brett, 2007 e Grahn e Rowe, 2009). Tuttavia, si pensa che il putamen è una delle regioni più colpite nel PD

28 La RAS utilizza un semplice metronomo che batte abbinato allandatura del paziente. I battiti possono essere valorizzati con l'inserimento di una musica per incoraggiare il movimento ritmico. La Stimolazione uditiva ritmica (RAS) è una delle prime e più popolari NMT. progettata per facilitare la riabilitazione dei movimenti pazienti affetti da Morbo di Parkinsonictuspazienti con lesioni cerebrali È stata progettata per facilitare la riabilitazione dei movimenti (per esempio landatura) nei pazienti affetti da Morbo di Parkinson, ictus e pazienti con lesioni cerebrali Dopo che i pazienti abbinano il loro movimento al ritmo, questo, in seguito viene accelerato dal 5 % al 10 % rispetto a quello base e ciò risulta essere un ritmo ancora confortevole per il paziente.

29 Parametri valutati prima di iniziare la stimolazione uditiva ritmica: velocitàlunghezza del passoandaturalattivazione a livello elettromiografico per il gastrocnemio e muscoli tibiale anteriore Parametri valutati prima di iniziare la stimolazione uditiva ritmica: la velocità, la lunghezza del passo, andatura e lattivazione a livello elettromiografico per il gastrocnemio e muscoli tibiale anteriore. Le istruzioni sono di camminare a passo normale. 1° settimana di lavoro: 1° settimana di lavoro: I pazienti camminano su una superficie piana ascoltando la musica in cui il ritmo è stato sottolineato. Tre tempi diversi sono utilizzati: la musica è presentata al normale passo dei pazienti (ritmo normale); tra il 5 % e il 10 % più veloce rispetto al normale (ritmo veloce) e il % più veloce rispetto al normale (ritmo ancora più veloce). Il tipo di musica può essere selezionata tra quattro brevi brani strumentali (ad esempio folk, classica, jazz, country ). Le istruzioni sono di camminare a tempo con il ritmo. 2° settimana di lavoro: 2° settimana di lavoro: Ogni tempo diventa il 5-10 % più veloce rispetto alla settimana precedente. 3° settimana di lavoro: 3° settimana di lavoro: Ogni tempo diventa il 5-10 % più veloce della settimana precedente. Valutazione dei parametri senza stimolazione uditiva ritmica. Valutazione dei parametri senza stimolazione uditiva ritmica. Le istruzioni sono di camminare a passo normale. I risultati ottenuti sono stati i seguenti: - velocità è aumentata del 25%, - lunghezza del passo è aumentata del 12% - Andatura aumentata del 10%. -Variabilità della forma e asimmetria diminuita nel gastrocnemio e nei muscoli tibiale anteriore. Altri effetti benefici: aumento dellattivazione simmetrica tra braccia e gambe

30 battiti del metronomonon basati sulla cadenza base del paziente possono portare ad impostati troppo bassi (60 o 90 bpm)troppo alti (150 bpm) I battiti del metronomo ( battiti al minuto, bpm) non basati sulla cadenza base del paziente possono portare ad una diminuzione della lunghezza del passo e dell'andatura quando sono impostati troppo bassi (60 o 90 bpm) o troppo alti (150 bpm) Menomazioni simili Menomazioni simili (come la diminuzione della velocità e la lunghezza del passo) sono stati osservati in assenza di istruzioni esplicite per sincronizzare il passo con il ritmo, durante l'ascolto della musica non regolata dal ritmo e combinando la musica con altri segnali, come la stimolazione tattile.

31 La presenza di battiti regolari negli stimoli uditivi può anche aumentare l'attività nel putamen e quindi compensare la mancanza di stimolazione dopaminergica. Nella malattia di Parkinson, sono stati osservati miglioramenti nella deambulazione e si pensa che siano dovuti alla sincronizzazione tra lelaborazione temporale e la generazione del movimento attraverso lutilizzo di un battito regolare, modificando così la precedente funzione di sincronizzazione interna alterata. La presenza di battiti regolari negli stimoli uditivi può anche aumentare l'attività nel putamen e quindi compensare la mancanza di stimolazione dopaminergica. Questo beneficio non porta solo al miglioramento generale dellandatura (compreso il controllo posturale), ma anche alla capacità di generare complesse sequenze di movimenti coordinati tra arti superiori e inferiori

32 progettati in modo appropriato I ritmi dovrebbero essere progettati in modo appropriato poichè perdono di valore terapeutico quando non sono sintonizzati col ritmo del paziente, o quando diventano cognitivamente più esigenti. possono avere un ruolo nel mediare l'effetto positivo della musica. I percorsi reticolo-spinali con le aree cerebellari possono avere un ruolo nel mediare l'effetto positivo della musica. importante sottolineare per essere mantenuta necessiterà di unesercitazione permanente È importante sottolineare che le future terapie musicali neurologiche dovranno essere adattate al paziente per far sì che avvenga una modifica a lungo termine degli schemi motori, che per essere mantenuta necessiterà di unesercitazione permanente.

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