Dispositivo per la misura della suzione nei neonati per lo studio dei neuroni specchio

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UNIVERSITA’ DI PISA

Facoltà di Ingegneria

Corso di Laurea Magistrale in Ingegneria Biomedica

Tesi di Laurea

Dispositivo per la misura della suzione dei neonati

per lo studio dei neuroni specchio

Relatori: Candidato: Prof.ssa Cecilia Laschi Angela Grassi Dott.ssa Francesca Cecchi

14 Ottobre 2013 Anno accademico 2012/2013

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Indice

Indice

Introduzione………..1

Capitolo 1: Motivazioni e scopo della tesi: il meccanismo dei neuroni specchio nei neonati 1.1 Il sistema dei neuroni specchio nella scimmia…………...………... 4

1.2 Il sistema dei neuroni specchio nell’uomo……….7

1.3 I ruoli funzionali dei neuroni specchio………...10

1.3.1 I neuroni specchio e la comprensione di un’azione: aspetti generali e stato dell’arte……… 11

1.3.2 I neuroni specchio e la comprensione di un’intenzione di un’azione: aspetti generali e stato dell’arte………...………..12

1.3.3 I neuroni specchio e l’imitazione: aspetti generali e stato dell’arte.…13 1.3.4 I neuroni specchio, il linguaggio e l’empatia: aspetti generali e stato dell’arte…...17

1.3.5 Le disfunzioni dei neuroni specchio………18

1.4 I neuroni specchio nei neonati………..………19

Bibliografia………...…………23

Capitolo 2: La suzione nei neonati 2.1 Introduzione……….………...28

2.2 Misurazione della suzione nutritiva………..……..……….…….30

2.3 Misurazione della suzione non nutritiva……...………...……….39

2.4 Finalità del lavoro di tesi……….………...43

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Indice

Capitolo 3: Un dispositivo per la misurazione della suzione non nutritiva dei

neonati

3.1 Specifiche cliniche………...51

3.2 Scelta del sensore……….…55

3.3 Scelta del design……….……….57

3.4 Scelta dei materiali..………59

Bibliografia………..61

Capitolo 4: Realizzazione del dispositivo 4.1 Acquisizione dei dati dai due sensori ………….……….……….…...62

4.1.1 Il sensore di pressione LPS331AP….…….………...……….62

4.1.2 Il protocollo di comunicazione I2C …...….………...…..63

4.1.3 Interfaccia per la comunicazione tra sensore e scheda…………...…….67

4.2 Realizzazione del case……….71

4.3 Assemblaggio delle componenti………...… 73

Bibliografia………...74

Capitolo 5: Validazione del dispositivo 5.1 Test di laboratorio………77

5.2 Prove sperimentali………..….82

Bibliografia………...85

Conclusioni e sviluppi futuri………...86

Ringraziamenti...88

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Introduzione

Introduzione

I neuroni specchio sono dei neuroni che scaricano quando un individuo compie un'azione e quando lui ne osserva una simile fatta da altri. Questo tipo di neuroni è stato scoperto dal prof. Rizzolatti nel 1988, effettuando un esperimento in cui una scimmia afferrava pezzi di cibo di differente forma e dimensione, mentre le monitoravano l’attività neurale. Dai risultati si notò che i neuroni dell'area F5 scaricavano non solo quando la scimmia effettuava un certo atto motorio, come afferrare un oggetto, ma anche quando altri individui (uomini o scimmie) facevano quell'atto motorio o uno simile .

Queste scoperte neurofisiologiche nei macachi hanno spinto gli studiosi a eseguire numerose ricerche per indagare sulla presenza e sul funzionamento del sistema dei neuroni specchio nelle scimmie e nell’uomo.

Pare che gli elementi di base del sistema dei neuroni specchio funzionino sin dai primi giorni di vita e che contribuiscano alla codifica di stimoli socialmente rilevanti. La presenza dei neuroni specchio nei neonati é stata, però, meno studiata in quanto le tecniche adoperate con le scimmie e l’uomo non sono applicabili su di essi.

Le conoscenze sul funzionamento di base del sistema dei neuroni specchio alla nascita potrebbero essere importanti per la comprensione e la rilevazione di eventuali deficit che potrebbero emergere durante lo sviluppo e che potrebbero compromettere le facoltà sociali e cognitive dei bambini.

Il presente lavoro di tesi è stato sviluppato in collaborazione con l’IRCCS Stella Maris, in particolare con la Sezione di Neurologia della Prima Infanzia, allo scopo di indagare sulla presenza del sistema dei neuroni specchio nei primi giorni di vita dei neonati.

In particolare, mira alla misura di eventuali azioni dei neonati, stimolate dall’osservazione di azioni simili compiute da altri; si basa cioè sulla capacità del neonato di imitare un atto.

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Introduzione

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È evidente che i soggetti in esame sono poco collaborativi e non ancora interessati alla manipolazione di oggetti; quindi, l’idea chiave è quella di far riferimento ad una motilità spontanea che, come dimostrato, può essere considerata come l’espressione dell’attività neurale spontanea.

Una delle prime e più importanti azioni spontanee compiute dai neonati è la suzione, che comincia all’età gestazionale di 15-18 settimane, quindi si è optato per la progettazione e realizzazione di un ciuccio, dotato di due sensori di pressione, che consenta di valutare l’andamento delle pressioni e su durante la suzione non nutritiva.

Dopo aver preso in esame gli studi presenti in letteratura inerenti all’argomento, saranno delineate le specifiche cliniche e tecniche da tener presente in fase di progettazione e realizzazione. Ottenuto il dispositivo e l’interfaccia per acquisire le pressioni, saranno eseguiti test in laboratorio e prove sperimentali per riuscire a dimostrare che i due parametri che si è scelto di misurare, la pressione intraorale e la pressione rilevata sulla tettarella, fanno parte della stessa azione quale la suzione, ma hanno due andamenti diversi, che possono rivelarsi utili per l’analisi clinica.

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Capitolo1: Motivazioni e scopo della tesi: il meccanismo dei neuroni specchio nei neonati

Capitolo 1

Motivazioni e scopo della tesi: il meccanismo

dei neuroni specchio nei neonati

I neuroni specchio sono dei particolari tipi di neuroni, che scaricano quando un individuo compie un'azione oltre a quando lui ne osserva una simile fatta da altri [1]. Questo tipo di neuroni è stato scoperto dal prof. Rizzolatti, effettuando un esperimento nel 1988 per capire le proprietà motorie dell'area F5, appartenente al cervello di una scimmia. In questo esperimento la scimmia afferrava pezzi di cibo di differente forma e dimensione, e contemporaneamente le monitoravano l’attività neurale. Dai risultati si notò che i neuroni dell'area F5 scaricavano non solo quando la scimmia effettuava un certo atto motorio, come afferrare un oggetto, ma anche quando altri individui (uomini o scimmie) facevano quell'atto motorio o uno simile [2].

Queste scoperte neurofisiologiche nei macachi hanno spinto gli studiosi a eseguire numerose ricerche per indagare sulla presenza e sul funzionamento del sistema dei neuroni specchio nelle scimmie e nell’uomo.

Gli esperimenti di brain imaging sull’uomo hanno dimostrato la presenza di un sistema neurale con le proprietà dei neuroni specchio in regioni celebrali anatomicamente comparabili a quelle in cui sono stati riscontrati nelle scimmie. Pare che gli elementi di base del sistema dei neuroni specchio funzionino sin dai primi giorni di vita e che contribuiscano alla codifica di stimoli socialmente rilevanti [3]. La presenza dei neuroni specchio nei neonati è stata, però, meno studiata in quanto le tecniche adoperate con le scimmie e l’uomo non sono applicabili su di essi.

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Il presente lavoro di tesi è stato sviluppato, in collaborazione con i medici della Fondazione della Stella Maris, allo scopo di indagare sulla presenza del sistema dei neuroni specchio nei primi giorni di vita dei neonati.

È evidente che i soggetti in esame sono poco collaborativi e non ancora interessati alla manipolazione di oggetti; quindi, l’idea chiave è stata quella di progettare e realizzare un dispositivo per l’analisi della suzione, una delle prime e più importanti azioni compiute dai neonati.

In particolare, si è optato per la progettazione e realizzazione di un ciuccio, dotato di sensori di pressioni, che consenta di valutare l’andamento delle pressioni durante la suzione non nutritiva.

In seguito ai test in laboratorio e alla validazione del dispositivo, esso potrà essere utilizzato per sviluppare un protocollo in ambito clinico.

1.1. Il sistema dei neuroni specchio nella scimmia

I neuroni specchio sono stati scoperti nell'area F5, cioè nel settore della corteccia premotoria ventrale e successivamente sono stati trovati nel lobo parietale inferiore [4][5]. La caratteristica, che mostrano i neuroni specchio parietali e premotori, è la relazione tra gli atti motori che codificano e gli atti motori visivi a cui essi rispondono. I neuroni specchio sono stati suddivisi in due tipi: i neuroni specchio strettamente congruenti e i neuroni specchio largamente congruenti. I primi scaricano quando l'atto motorio effettivamente eseguito e quello osservato sono identici in termini di scopo e in termini di modo in cui lo scopo viene raggiunto: ad esempio, lo scopo può essere effettuare una presa e il modo in cui esso viene raggiunto è una presa di precisione.

I secondi invece, per essere innescati, richiedono la similarità e non l'identità tra l'atto motorio effettivamente eseguito e quello osservato. In figura 1.1 sono riportate le aree della corteccia parietale e di quella agranulare frontale di un cervello di una scimmia. Si possono notare la corteccia motoria frontale (F), il lobo parietale (P) e nel rettangolo in alto a destra il solco intraparietale.

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Figura 1.1: Aree che costituiscono il sistema dei neuroni specchio nel cervello della scimmia.

L'area F5 non è omogenea e consiste di tre settori: un settore, posizionato nella convessità corticale (area F5c), un settore localizzato nella parte dorsale del bordo posteriore del solco arcuato (area F5p) e l'ultimo posizionato nella parte ventrale dello stesso bordo. I neuroni specchio si trovano nell'area F5c. Nell'area F5p ci sono i “neuroni canonici”, motoneuroni-visivi, che si occupano della presentazione 3D di un oggetto, ma richiedono un'azione per essere attivati. Nell'area F5a non ci sono singoli neuroni che hanno proprietà funzionali: quest'area codifica gli atti motori in un modo veramente astratto, diventando attivi solo quando la mano che agisce è visibile [6].

Ci sono due vie anatomiche e funzionali che connettono l'area F5 con le aree visive di ordine superiore del solco temporale superiore. La prima via ha origine nel bordo superiore del solco temporale superiore, arriva nel giro parieto-frontale e termina nell'area F5c. La seconda via invece, nasce nel bordo inferiore del solco temporale superiore, arriva all'area intraparietale anteriore e termina in F5a. Il

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solco temporale superiore non dovrebbe far parte del sistema dei neuroni specchio poiché i suoi neuroni non scaricano in associazione con un'attività motoria.

Il circuito parieto-frontale dei neuroni specchio gioca un ruolo fondamentale nel capire lo scopo degli atti motori, che rappresentano le azioni che un individuo compie in un determinato momento. Per verificare questa ipotesi sono stati svolti due esperimenti. Nel primo Rizzolatti e altri autori [7] hanno testato se i neuroni specchio sono in grado di riconoscere le azioni da un suono, prodotto durante l'esecuzione delle stesse. É stato trovato che molti neuroni specchio, che rispondono ad atti motori accompagnati da un suono, rispondono anche al suono soltanto. Questi neuroni sono stati chiamati neuroni specchio “audio-visivi”. Nella seconda serie di esperimenti, sono stati selezionati i neuroni specchio che rispondono esclusivamente durante l'osservazione di una fase tardiva e durante la presa di un oggetto, e sono stati testati in due condizioni. Nella prima, la scimmia vedeva la mano di uno sperimentatore afferrare e tenere un oggetto (condizione di piena visione); nella seconda la scimmia vedeva la mano dello sperimentatore muoversi verso uno schermo ma non la parte finale critica dell'atto motorio, per esempio l'interazione tra oggetto e mano (condizione nascosta). Il risultato è stato che, più della metà dei neuroni dell' area F5 hanno scaricato nella condizione nascosta. Questo dimostra che quando la scimmia ha sufficienti indizi per ricreare una rappresentazione mentale dell'atto motorio osservato, i neuroni specchio lo descrivono anche se l'atto motorio non risulta visibile.

Presi tutti insieme, questi esperimenti supportano fortemente la nozione che i motoneuroni sostengono la comprensione degli atti motori, che è basata sulla visione, sul suono o sulla rappresentazione mentale [8].

Grazie all'organizzazione funzionale dei neuroni specchio parietali e premotori, l'osservatore è anche abile a capire perché l'atto motorio è fatto, e quindi lo scopo dell'azione di cui gli atti motori fanno parte. In un esperimento le scimmie erano allenate ad effettuare due azioni con differenti scopi [9]. Nella prima azione la scimmia doveva afferrare un oggetto per porlo in un contenitore; nella seconda doveva afferrare un pezzo di cibo per mangiarlo. L'inizio dell'atto motorio, reaching e grasping, era lo stesso nelle due condizioni, ma lo scopo delle due

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azioni era differente. L'attività dei singoli neuroni è stata registrata nel lobo parietale inferiore. I risultati hanno mostrato che molti neuroni del lobo parietale inferiore scaricano selettivamente quando la scimmia compie un dato atto motorio, per esempio afferrare un oggetto [10]. Inoltre questi neuroni superano la soglia di attivazione, anche quando l'atto motorio codificato è seguito da un altro specifico, come posizionare un oggetto.

Alcuni di questi motoneuroni limitati nelle azioni hanno proprietà di essere attivi, quando osservano l'azione, effettuata da un'altra persona, e scaricano selettivamente durante l'osservazione di atti motori, come ad esempio afferrare e mangiare e non afferrare e posizionare un oggetto. Questa specificità può permettere all'osservatore non solo di riconoscere gli atti motori osservati, ma anche di codificare quale sarà il successivo atto motorio dell'azione non ancora osservata, ad esempio per capire le intenzioni di chi fa l'azione.

1.2. Il sistema dei neuroni specchio nell'uomo

Il sistema parieto-frontale dei neuroni specchio nell'uomo media le stesse funzioni controllate dall'omologo sistema presente nelle scimmie: capire lo scopo delle azioni fatte dagli altri e le loro intenzioni.

Come dimostrato da studi dell' imaging del cervello, le due principali aree del sistema dei neuroni specchio dell'uomo sono il lobo parietale inferiore, e la corteccia premotoria ventrale, e in più la parte caudale del giro frontale inferiore. Quest'ultima corrisponde alla parte operculare di questo giro. In figura 1.2 sono riportate le aree appena descritte e, facendo un confronto con la figura 1.1, si può notare che corrisponde in maniera omologa al sistema dei neuroni specchio presente nel cervello della scimmia.

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Figura 1.2: Aree che costituiscono il sistema dei neuroni specchio nel cervello umano.

L'osservazione degli atti motori fatti con diversi effettori determinano l'attivazione di diverse parti del sistema dei neuroni specchio. I movimenti delle gambe, braccia e bocca sono rappresentati in una direzione mediale e laterale. Per mettere in evidenza l'organizzazione delle aree corticali attivate durante l'osservazione di un'azione, è stato fatto uno studio in cui si eseguivano differenti atti motori con i piedi, la bocca e le mani [9]. I risultati di questo studio hanno dimostrato che, la corteccia premotoria ventrale raggruppa insieme quegli atti motori eseguiti dallo stesso effettore, sia che vadano verso l'agente (valenza positiva) sia che vadano lontano dall'agente (valenza negativa). Il nodo parietale invece sembra seguire un altro principio di organizzazione: gli atti motori osservati sono codificati non secondo l'effettore, che li ha eseguiti, ma secondo la valenza positiva o negativa dell'atto motorio osservato. Gli atti motori positivi attivano il settore ventrale della regione reattiva, mentre quelli negativi attivano il settore dorsale della stessa area e l'adiacente corteccia dorso-rostrale.

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Altri studi hanno messo in evidenza le regioni che rappresentano gli atti motori osservati nella corteccia parietale. Gli atti motori transitivi sono rappresentati nel solco intraparietale e nella convessità del lobo parietale inferiore adiacente ad esso [10], invece il reaching è rappresentato nel lobo parietale superiore, estendendosi in modo ventrale al solco intraparietale [11]. Le azioni manuali non dirette verso l'oggetto, ovvero gli atti motori fatti in modo simbolico, mimati o senza senso, sono rappresentati nella parte posteriore del giro sopramarginale esteso al giro angolare [12]. L'osservazione di atti motori, in cui si utilizzano degli oggetti, oltre ad attivare la regione che riguarda la manipolazione della mano, attivano la parte rostrale del giro sopramarginale, che si trova in posizione ventrale [13]. La figura 1.3 illustra le varie regioni di attivazione degli atti motori, indicate con colori differenti: il giallo indica i movimenti distali transitivi, il viola il reaching, l'arancio l'uso di oggetti, il verde i movimenti intransitivi e il blu la porzione del solco temporale superiore che risponde all'osservazione dei movimenti degli arti superiori.

Figura 1.3: Aree di attivazione di diversi atti motori.

Gli atti motori, che sono rappresentati nel repertorio motorio dell'osservatore, determinano una forte attivazione del sistema dei neuroni specchio. Questo è stato dimostrato da una serie di studi di imaging del cervello, che hanno esaminato

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l'attività dei neuroni specchio in persone esperte in abilità motorie specifiche e sono state confrontate con altri individui in cui l'attivazione è determinata dagli stessi stimoli, ma che hanno differenti esperienze motorie. Il risultato ha mostrato che i neuroni specchio hanno una maggiore attività nelle persone con più esperienza in movimenti specifici [14]. I neuroni specchio sono anche attivi in persone che non possiedono né braccia né mani. Due individui aplagici, nati senza mani né braccia, sono stati seguiti mentre osservavano l'azione di una mano: guardando il movimento è avvenuta l'attivazione del circuito parieto-frontale [15].

Secondo Rizzolatti [11], oltre al sistema parieto-frontale, questi tipi di neuroni sono anche presenti nell'insula e nella corteccia frontale mediale anteriore, che fanno parte del sistema limbico. Quest'ultimo è adibito al riconoscimento di comportamenti affettivi. L'insula è costituita da due settori: un settore anteriore, che contiene l'insula agranulare e anteriore disgranulare, ed un settore posteriore, che contiene l'insula granulare e postesiore disgranulare. Il settore anteriore riceve le informazioni da centri olfattivi e gustativi e sembra controllare le risposte viscerali e autonome e le informazioni visive dal solco temporale superiore. Il settore posteriore invece è connesso con aree uditive, somatosensoriali e premotorie.

1.3. I ruoli funzionali dei neuroni specchio

I neuroni specchio hanno diversi ruoli funzionali: secondo Rizzolatti [1], la questione della funzione dei neuroni specchio non è ancora ben compresa. Infatti essi non hanno uno specifico ruolo funzionale. Le proprietà dei neuroni specchio indicano che, il cervello della scimmia è dotato di meccanismi che descrivono le azioni, in modo tale da collegare le aree visive alle rispettive aree motorie [1]. Questa corrispondenza è alla base di diverse funzioni, che dipendono da quale movimento dell'azione osservata è codificato, dalle specie considerate, dal circuito in cui i neuroni specchio sono inclusi, e dalla connettività del sistema dei neuroni specchio con altri sistemi. In questo paragrafo si esamineranno in

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particolare quattro ruoli funzionali in cui i neuroni specchio sono implicati: la comprensione di un'azione; la comprensione di un'intenzione di un’azione; l'imitazione; il linguaggio e l'empatia.

1.3.1. I neuroni specchio e la comprensione di un'azione: aspetti generali e stato dell'arte

I neuroni specchio sono coinvolti nella comprensione di un'azione: questo fu ben evidente sin dalla loro scoperta. Negli esperimenti di Rizzolatti [2], i neuroni presenti nel lobo parietale, nella corteccia premotoria e persino, nella corteccia primaria motoria, codificano lo scopo di un atto motorio piuttosto che i movimenti delle parti del corpo. Quindi i neuroni specchio e i motoneuroni dell'area F5 e del lobo parietale inferiore hanno proprietà motorie identiche. Poiché le attività elettriche, registrate in questi esperimenti, dei movimenti volontari e delle azioni osservate sono potenziali di azione, i messaggi convogliati durante i movimenti volontari e durante l'attivazione dei neuroni specchio sono identici e quindi i neuroni mandano informazioni riguardo lo scopo degli atti motori osservati.

Questo tipo di organizzazione è presente anche nell'uomo, come è stato detto in precedenza. Gazzola [16] ha istruito alcuni volontari ad osservare video in cui un braccio di un uomo o di un robot afferrava un oggetto. Anche se la cinematica del movimento del robot e dell'uomo è differente, in entrambe le condizioni il sistema parieto-frontale dei neuroni specchio risultava attivo. Altre evidenze, in favore della codifica dello scopo di un'azione nel sistema dei neuroni specchio, provengono da studi con la functional Magnetic Resonance Imaging (fMRI), in cui i volontari eseguivano un movimento o ascoltavano un suono di un'azione, eseguita dallo stesso effettore. Anche in questo caso è risultata l'attivazione del circuito parieto-frontale sinistro.

Dallo studio effettuato sui due individui aplagici [15], risulta evidente il coinvolgimento dei neuroni specchio per la codifica della comprensione di un'azione: il loro cervello può riflettere gli atti motori che non hanno mai eseguito. Essi li eseguono con altri effettori, ma lo scopo è lo stesso.

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La questione della codifica dello scopo è stata anche posta da Hamilton e Grafton [17], usando la tecnica di riduzione trial-by-trial della risposta psicologica a stimoli ripetuti. I partecipanti osservavano una serie di video, in cui si mostravano atti motori con differenti scopi, con una sequenza controllata, in cui alcuni scopi erano nuovi e altri erano relativi ad atti motori già eseguiti. La presentazione ripetitiva ha portato alla soppressione della risposta nel solco intraparietale sinistro.

Altri studi invece hanno utilizzato la tecnica, chiamata Transcanical Magnetic stimulation (TMS), che è una tecnica non invasiva, che causa la depolarizzazione o l'iperpolarizzazione dei neuroni nel cervello. In uno di questi [18] l'eccitabilità della corteccia motoria è stata testata durante l'osservazione di un movimento della mano diretto ad uno specifico scopo (movimento prevedibile) e in trials in cui la mano si muoveva in una differente direzione (movimento imprevedibile). Il movimento imprevedibile non sosteneva il cambiamento nell'eccitabilità della corteccia motoria, che avveniva per il movimento osservato. Il pattern di un movimento imprevedibile era lo stesso di uno prevedibile: con questo risultato si conclude che, gli atti motori osservati sono codificati non in base a come il movimento avviene, ma a seconda dello scopo finale dell'azione.

1.3.2. I neuroni specchio e la comprensione di un'intenzione di un'azione: aspetti generali e stato dell'arte

Oltre alla comprensione di un'azione, i neuroni specchio hanno un ruolo funzionale nella comprensione di un'intenzione. Questo è dimostrato da uno studio effettuato con l' fMRI, in cui i volontari osservavano tre condizioni diverse il “contesto”, in cui il volontario vedeva alcuni oggetti (una teiera, un piatto contenente del cibo e una tazza), disposti come se una persona fosse pronta per prendere il té o avesse già fatto colazione; l' “azione”, in cui al volontario è mostrata una mano che afferra una tazza; l' “intenzione”, in cui il volontario vede la stessa mano fare la stessa azione, ma con il contesto descritto in precedenza. Il contesto e la differente forma della presa suggeriscono l'intenzione di colui che ha fatto l'azione, per esempio afferrare la tazza per bere oppure afferrare la tazza

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per pulire il tavolo. In questo articolo [19] si evidenza effettivamente l'utilizzo del sistema dei neuroni specchio: sono coinvolte l'attivazione dell'area 44 e dell'adiacente settore della corteccia premotoria ventrale.

Questo aspetto è evidenziato in un altro studio che utilizza la tecnica dell'fMRI [20], ma è basato sul paradigma dell'adattamento. Ai partecipanti di questo studio è stato chiesto di osservare filmati ripetitivi, che mostravano lo stesso movimento, oppure la stessa conseguenza, indipendentemente dal movimento effettuato. I risultati hanno mostrato la soppressione nel giro parietale inferiore destro e nel giro inferiore frontale destro, quando la conseguenza è la stessa. Quindi si può concludere che, l'emisfero destro del sistema dei neuroni specchio codifica i risultati fisici delle azioni umane.

In specifiche condizioni, i neuroni specchio possono essere attivati insieme ad altre aree, esterne al loro sistema, per la comprensione di un'intenzione. Ad esempio, quando il compito richiede di giudicare se l'intenzione di un'azione osservata è ordinaria o inusuale, allora si ha una maggiore attività nella regione posteriore del solco temporale superiore, nella corteccia cingolata posteriore e nella corteccia prefrontale mediale, aree che sono al di fuori del sistema dei neuroni specchio [21].

Il sistema dei neuroni specchio è anche la base neurale per far capire all'uomo la differenza tra azioni, che riflettono l'intenzione di chi la fa, e azioni che non riflettono tale intenzione. Ai volontari sono stati presentati dei video in cui un gran numero di azioni è eseguito con diversi effettori, ognuna in una doppia versione: nel primo caso, l'individuo raggiunge lo scopo dell'azione, mentre nel secondo caso l'individuo fallisce lo scopo dell'azione a causa di un movimento errato o goffo.

1.3.3. I neuroni specchio e l'imitazione: aspetti generali e stato dell'arte

In letteratura si trovano due definizioni di imitazione [22]: nella prima essa è definita come la capacità di un individuo di replicare un atto motorio osservato; mentre nella seconda l'imitazione è la capacità di acquisire un nuovo movimento e di ripeterlo come l'ha fatto l'insegnante. In entrambi i casi l' imitazione

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trasforma l'informazione sensoriale in una rappresentazione motoria. Molti studi sono stati condotti per dimostrare l'attivazione del sistema dei neuroni specchio durante l'imitazione di un atto motorio.

In uno studio [23], eseguito con la tecnica dell' fMRI, i volontari venivano esaminati in due condizioni: “ l'osservazione ” e “ l'osservazione-esecuzione ”. Nella condizione di “osservazione ” ai partecipanti veniva mostrato il movimento di un dito, una croce posta su un dito in movimento e una croce su uno sfondo vuoto; l'istruzione era di osservarli soltanto. Nella condizione di “osservazione-esecuzione”, i movimenti che osservavano erano gli stessi, ma i partecipanti dovevano alzare l'indice o il medio della mano destra il più velocemente possibile, a seconda dei video che gli venivano mostrati. I video, che venivano mostrati ai partecipanti, sono rappresentati in figura 1.4.

Figura 1.4: Esperimento in cui si mostra il movimento del dito indice o medio (a); il movimento

del dito con una croce, che fa da simbolo (b); una croce su uno sfondo nero.

Il contrasto più importante era tra i trials in cui i partecipanti effettuavano il movimento come risposta ad un'azione osservata (imitazione) e quelli in cui il movimento era scatenato dalla croce (comportamento non imitativo). Durante

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l'imitazione l'attivazione dei neuroni specchio, soprattutto nella parte posteriore del giro frontale inferiore, era maggiore rispetto ad altre condizioni.

Questo coinvolgimento è ancora più evidente con la tecnica della repeated Transcanical Magnetic Stimulation (rTMS): in un gruppo di volontari [24] la parte caudale del giro frontale sinistro era stimolata (area di Broca) mentre questi effettuavano tre azioni differenti: premere i pulsanti sulla tastiera; premere i pulsanti sulla tastiera in risposta ad una luce rossa, che indicava il tasto da premere; imitare la pressione di un tasto eseguita da un altro individuo.

La tecnica della rTMS abbassava la performance dei partecipanti durante l'imitazione, ma non nelle altre due condizioni.

Il coinvolgimento dei neuroni specchio nell'imitazione è presente anche nei bambini: studi effettuati su di essi, mettono in evidenza il fatto che i bambini imitano gli altri come uno specchio e tendono ad imitare lo scopo dell'azione il più velocemente possibile. Sia quando imitano gli altri (ad esempio quando un individuo alza la mano destra, anche il bambino alza la destra) sia quando imitano lo scopo dell'azione più velocemente, sono attivati i neuroni specchio dell'area frontale inferiore [25]. Quindi si può supporre che il sistema dei neuroni specchio sia inserito in un circuito neurale per l'imitazione, che coinvolge anche aree visive del solco temporale superiore, indicato in giallo nella figura 1.5.

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Nella figura 1.5 la freccia arancione rappresenta l'informazione che passa dal solco temporale superiore al sistema dei neuroni specchio parietale, mentre la freccia rossa rappresenta l'informazione scambiata tra i neuroni specchio parietali, che si occupano della descrizione motoria dell'azione imitata, e quelli frontali, che si occupano del suo scopo. Le frecce nere invece rappresentano le informazioni imitative, che ritornano al solco temporale superiore per permettere la corrispondenza tra l'informazione sensoriale dell'imitazione e la descrizione visiva dell'azione osservata.

Questo circuito non basta per descrivere tutte le forme del comportamento imitativo, quindi vi è un’ interazione tra il circuito imitativo e altre aree neurali. Questo avviene ad esempio quando si deve imparare un'azione da imitare: Buccino [26] tramite la tecnica dell' fMRI ha esaminato dei volontari, che non sanno suonare uno strumento, durante questi quattro eventi: essi osservano le corde di una chitarra suonate da un chitarrista; fanno una pausa seguita all'osservazione del movimento; suonano le corde osservate; riposano.

In questo studio il circuito neurale attivo coinvolge il lobo parietale inferiore e la parte posteriore del giro frontale inferiore, insieme alla corteccia premotoria e la sua attività è maggiore durante l'osservazione del movimento. Nel secondo evento, la pausa dopo l'osservazione, sono attivi il giro frontale medio (area 46) e le regioni coinvolte nella preparazione del movimento: corteccia premotoria dorsale, lobo parietale superiore e rostrale mediale. Insieme all'attivazione delle aree somatosensoriali e motorie controlaterali alla mano usata per suonare le corde, queste aree neurali permettono l'esecuzione del movimento, cioè suonare le corde osservate.

Con uno studio successivo [27], Buccino ha proposto un modello imitativo che consta di due parti: nella prima avviene la segmentazione dell'azione da imitare nei suoi elementi individuali e la loro trasformazione nei corrispettivi potenziali movimenti da imitare dall'osservatore; nella seconda avviene l'organizzazione di questi movimenti in maniera spaziale e temporale in modo da replicare ciò che ha fatto il maestro. Nella prima fase si attivano i neuroni specchio, mentre nella

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seconda si attiva il lobo prefrontale, soprattutto l'area 46, che memorizza e ricombina gli elementi motori.

Inoltre l'imitazione attiva altre due aree, presenti nella parte caudale del giro frontale inferiore [28]. La parte dorsale della parte operculare si attiva nell'osservazione e nell'imitazione di un'azione, soprattutto nella seconda. La parte ventrale della parte operculare invece si attiva durante l'imitazione, ma non viene vista come parte dei mirror poiché è collegata alle conseguenze sensoriali dell'esecuzione di un atto motorio per far coincidere il movimento del modello a quello che deve essere imitato.

1.3.4. I neuroni specchio, il linguaggio e l'empatia: aspetti generali e stato dell'arte

I neuroni specchio sono anche coinvolti nell'empatia, che è per definizione la capacità di percepire le stesse emozioni che l'altra persona sente. Come detto in precedenza, le emozioni sono rielaborate dall'insula e Wicker [29] ha cercato di dimostrare con la tecnica dell’ fMRI, se l'insula si attiva non solo quando si prova disgusto, ma anche quando si osserva un viso che esprime questa sensazione. Lo studio realizzato prevedeva due sessioni: nella prima, i volontari erano esposti a odori piacevoli e non; nella seconda, essi osservavano un video in cui si mostrava una persona che annusa un odore piacevole, nauseante e neutro. Con il senso dell'olfatto si attivano tre aree: l'insula, l'amigdala e il cingolato anteriore. L'amigdala è attiva sia per gli odori piacevoli che non; mentre nel'insula si attiva la parte posteriore del lato destro dell'insula per gli odori piacevoli, e per quelli nauseanti si attiva quella anteriore bilateralmente. Invece le aree, che si attivano in relazione all'osservazione dei video sono: la parte anteriore sinistra dell'insula e la parte anteriore del cingolato per gli odori spiacevoli.

Quindi l'insula e il cingolato anteriore si attivano sia quando un individuo sente un odore spiacevole sia quando osserva l'espressione facciale di un altro, che rappresenta la stessa sensazione. Siccome non ci sono dati sull'attività del singolo neurone dell'insula, si suppone che al suo interno, invece di avere neuroni che possiedono un'attività come quella dei mirror, ci siano due tipi di popolazioni di

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neuroni, di cui uno si attiva in risposta all'osservazione dello stimolo emotivo, mentre l'altro si attiva in associazione con l'espressione visceromotoria della stessa emozione.

La stessa attivazione dei neuroni dell'insula e della corteccia cingolata anteriore si ottiene anche quando si prova dolore [30]: in questo studio i volontari sono sottoposti ad un elettroshock tramite un sensore posto sulla mano, poi devono osservare mentre il sensore è posto sulla mano del compagno. Sia l'insula anteriore che la corteccia cingolata si attivano in entrambe le condizioni.

L'ultimo aspetto riguardante i neuroni specchio è collegato al linguaggio, per cui si attivano le aree di Broca e di Wernicke. Secondo Rizzolatti [31], il meccanismo dei neuroni specchio e l'area di Broca costituiscono un circuito, che controlla i diversi tipi di movimento presenti in mano, bocca e laringe. L'evoluzione del linguaggio si basa sul sistema di movimenti gestuali della mano, che sfrutta la corrispondenza tra osservazione ed esecuzione del sistema, descritto in precedenza. Il meccanismo dei neuroni specchio però non spiega l'enorme complessità del linguaggio: quello che è ancora da capire è come ciò che è valido per il mittente del messaggio sia valido anche per il destinatario.

1.3.5. Le disfunzioni dei neuroni specchio

Molte aree corticali non solo organizzano movimenti, ma rispondono anche all'osservazione di un'azione. Questo concetto del sistema dei neuroni specchio permette di capire la mancanza di un danno selettivo in funzione a ciò che è attribuito ai neuroni specchio a seguito di una lesione. Un possibile esempio è l'aprassia ideomotoria: in questa sindrome alcuni aspetti comportamentali, come la mancanza dell’imitazione, possono indicare la lesione del sistema dei neuroni specchio, ma altri comportamenti, come quelli spontanei o a comando, non sembrano essere correlati con la disfunzione di questo sistema.

Si suppone che la disfunzione dei neuroni specchio sia evidente clinicamente nei disturbi dello sviluppo del sistema nervoso, come ad esempio, nell'autismo. Il sistema dei neuroni specchio può essere utilizzato anche come sistema di riabilitazione degli arti superiori dopo l’ictus. Recenti approcci nella riabilitazione

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post ictus hanno utilizzato tecniche che inducono una riorganizzazione delle connessioni neurali corticali a lungo termine. I dati sulla riorganizzazione, indotta dall'osservazione di un movimento, forniscono la base per l'applicazione dei protocolli di osservare un'azione nella riabilitazione post ictus [11].

1.4 I neuroni specchio nei neonati

Una questione fondamentale nello sviluppo del bambino è come il cervello codifica le espressioni facciali. La scoperta dei neuroni specchio nella scimmia adulta [32]-[34], e gli studi fatti sull’uomo che suggeriscono la presenza di un sistema omologo nell’uomo [35], hanno indotto a supporre che noi codifichiamo altri comportamenti mappando, le azioni o i gesti osservati, sul nostro sistema neurale. È stato proposto che i neuroni specchio sono alla base di importanti funzioni cognitive, come la comprensione di altri comportamenti e l’ imitazione. Tuttavia, poco si sa circa il suo sviluppo iniziale.

Alla nascita, i neonati umani e i neonati di altre specie di primati mostrano la capacità di partecipare e di rispondere agli stimoli facciali forniti da chi gli sta davanti e sono anche in grado di esibire una serie di espressioni facciali. L’individuazione delle basi neurali di queste capacità rappresenta una sfida formidabile per la comprensione dello sviluppo sociale.

Un possibile supporto neuronale è il sistema dei neuroni specchio, che si presume attivi rappresentazioni corticali motorie condivise per l'osservazione e per la produzione di azioni.

Molte delle tecniche di neuroscienze, utilizzate per studiare il sistema dei neuroni-specchio negli esseri umani adulti e nelle scimmie (fMRI, magnetoencefalografia, PET, TMS, e singola/multi elettrofisiologia cellulare), non sono realizzabili con i neonati.

Tuttavia, l’EEG può essere usato per valutare le risposte neurali associate ai neuroni specchio nei neonati umani e nei bambini [36][37].

Quando gli adulti ed i bambini in età scolare pianificano un’ azione motoria, l'attività elettrica dell’ encefalo, alla frequenza di 8-13 Hz registrata sulla

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corteccia motoria, è soppressa. Un modello simile è stato osservato quando adulti e bambini assistono ad azioni rivolte ad uno scopo preciso [38]-[40]. L'ipotesi che la soppressione dell’ attività dell’EEG durante l'osservazione dell'azione rifletta l'attivazione dei neuroni specchio, è stata dedotta sulla base dei dati ottenuti sia durante l'osservazione che in condizioni di esecuzione.

Un recente studio su adulti umani ha esaminato la soppressione utilizzando le tecniche EEG e fMRI [41]. I risultati hanno mostrato che durante l’osservazione vi era una correlazione tra la soppressione dell’EEG e l'attività in BA 44 e il lobulo parietale inferiore, aree che si sostiene siano coinvolte nel sistema dei neuroni specchio [42].

La soppressione dell’EEG è stato valutata anche su bambini umani di appena 9-14 mesi, durante l'osservazione di azioni [43], ma nessuno studio ha riportato la presenza di questo fenomeno nel neonato.

Ferrari [3] ha valutato la possibile presenza dei neuroni specchio in 33 scimmie mulatte, con età compresa tra 1 e 7 giorni, mediante il monitoraggio dell’EEG, mentre esse compivano o osservavano delle espressioni facciali.

È stato sviluppato un casco per EEG da poter utilizzare con i piccoli macachi utilizzando le scansioni a raggi X e MRI di teste di macachi aventi una settimana di vita; sei elettrodi sono stati posizionati approssimativamente sulla corteccia premotoria e sulla parte posteriore dei lobi parietali (figura 1.6).

I dati EEG, sincronizzati con delle registrazioni video, sono stati raccolti continuamente mentre i neonati erano sottoposti alla visione di tre scenari (figura 1.7): rapida apertura e chiusura della bocca (a), ripetitiva protrusione e ritrazione della lingua (b), rotazione di un disco, con linee ortogonali nere e rosse, verso destra e verso sinistra.

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Figura 1.6: Vista ravvicinata del casco utilizzato per la registrazione dell’ EEG su un macaco

neonato.

Figura 1.7: Esempi di impostazioni e procedure utilizzate durante l'acquisizione dell’ EEG.

(A) I bambini sono stati sorretti da uno sperimentatore, mentre un secondo sperimentatore ha agito da stimolo eseguendo dei gesti facciali (in alto) o, in caso di controllo, ha presentato il disco per il neonato (in basso). (B) Illustrazione delle condizioni sperimentali: (in basso) CTRL = condizione di controllo in cui è stato presentato un disco davanti al neonato durante il periodo basale. Durante il periodo di stimolo, il disco è stato ruotato in senso orario e antiorario.

Si è così scoperto che l’attività a 5-6 Hz presente nell’ EEG viene soppressa sia quando i neonati producono gesti facciali, che mentre osservano i gesti facciali di uno sperimentatore umano, ma non quando osservano gli stimoli non biologici. Questi risultati dimostrano la presenza della reattività neurale per stimoli biologici, rilevanti dal punto di vista comunicativo, che possono essere una

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conferma della presenza dei neuroni specchio. Gli elementi di base del sistema dei neuroni specchio sembra operino fin dai primi giorni di vita e contribuiscano alla codifica di stimoli socialmente rilevanti.

La presenza di un sistema funzionale a specchio appena dopo la nascita, fornisce ai neonati importanti vantaggi, tra cui la capacità di rilevare e rispondere a stimoli socialmente rilevanti nel loro ambiente circostante, inoltre, tale meccanismo potrebbe facilitare gli scambi comunicativi e l’accudimento del bambino.

Le conoscenze sul funzionamento di base del sistema dei neuroni specchio alla nascita saranno importanti per la comprensione e la rilevazione di eventuali deficit che potrebbero emergere durante lo sviluppo e che potrebbero compromettere le facoltà sociali e cognitive dei bambini.

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Capitolo2: La suzione nei neonati

Capitolo 2

LA SUZIONE NEI NEONATI

2.1 Introduzione

Lo sviluppo neurofisiologico dei neonati può essere indirettamente valutato dallo studio del movimento. Come dimostrato da Precthl [1], la motilità spontanea dei bambini può essere considerata come l’espressione dell’attività neurale spontanea, quindi è un eccellente marcatore di disfunzioni neuronali. Queste abilità motorie precoci forniscono nuove opportunità per l’esplorazione del mondo e l’esplorazione del mondo favorisce, a sua volta, lo sviluppo del cervello [2]. Questo processo è critico, in quanto l’aumento delle abilità motorie fornisce ai neonati una serie sempre crescente di opportunità di acquisizione, pratica e perfezionamento di abilità, che rappresentano un prerequisito essenziale per la crescita in altri settori, soprattutto quelli del linguaggio e dell’interazione sociale [3]. Pertanto l’indagine delle abilità motorie precoci nei neonati fornisce una finestra non solo sullo sviluppo del motore di controllo, ma, più in generale, sulle dinamiche neurali [4].

Recentemente sono stati sviluppati dei giocattoli sensorizzati e altri oggetti, che offrono una grande possibilità per un’indagine non invasiva sullo sviluppo celebrale nell’infanzia [5]-[8], ma non sono adatti per neonati, a causa dei loro repertori motori relativamente poveri e del loro relativo disinteresse nella manipolazione degli oggetti.

Tuttavia, una delle prime e più frequenti azioni eseguite dai lattanti, anche durante il periodo fetale è la suzione[9][10], che inizia a partire dall’età gestazionale di 15-18 settimane [11] e solitamente diventa stabile e ben modellata dall’età post-mestruale di 34 settimane [12].

Nei neonati tipicamente si riscontrano due tipi di suzione: non nutritiva e nutritiva. La suzione non nutritiva è costituita da una serie di bursts separati da brevi pause [13]-[15], mentre quella nutritiva è quasi continua e avviene ad un ritmo più lento. E’ stato ipotizzato che la suzione nutritiva e non nutritiva

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coinvolgono due schemi motori funzionalmente distinti con differenti meccanismi di controllo nervoso centrale [15][16].

È dimostrato che la suzione non nutritiva è un’abilità essenziale della vita dei neonati e incide su: movimento del corpo, disagi comportamentali, sonno, ossigenazione, nutrizione, consolazione, crescita fisica e neurologica[17]-[20]. La suzione nutritiva è il processo che consente al bambino di nutrirsi e consiste in una serie di bursts e pause: ogni burst comprende più cicli di suzione che si verificano con una frequenza di circa 1 Hz [21]. La suzione nutritiva è caratterizzata dall’alternanza tra l’aspirazione e l’espressione [22]: l’aspirazione definisce la pressione negativa intraorale generata dal bambino al fine di far giungere il latte nella bocca e l’espressione corrisponde alla compressione della tettarella tra la lingua e il palato duro per far fuoriuscire il latte dalla tettarella all’interno della bocca [23][24].

L’atto della suzione è un compito complesso per il neonato, perché richiede non solo la capacità di un’efficiente suzione, ma anche un adeguato coordinamento tra i processi ritmici di suzione, deglutizione e respirazione [25]-[27]. Questo coordinamento richiede dei percorsi tronco encefalici intatti e una trasmissione degli impulsi, attraverso i nervi cranici, ad una sana muscolatura di bocca lingua e faringe [28]. La mancanza di questo coordinamento provoca variazioni della velocità di suzione e la comparsa di segni clinici anomali come il ridotto consumo di cibo, senso di soffocamento, rigurgito, vomito e disturbi respiratori.

Per questo motivo, la valutazione del modello di suzione rappresenta uno dei primi e più accessibili indici sullo stato neurofisiologico dei bambini, come dimostrato per la prima volta da Wolff negli anni ‘60 [21], seguito da diversi autori [27]-[30].

Analisi precise sulla suzione sono in grado di fornire non solo preziose informazioni sull’integrità del sistema nervoso centrale dei bambini, ma costituiscono anche un indicatore prognostico preventivo di futuri disturbi dello sviluppo neurologico. Mizuno [28] trovò che i modelli e i valori delle pressioni dell’espressione e della suzione durante l’alimentazione neonatale possono prevedere i risultati del neurosviluppo valutati a 18 mesi attraverso una scala di valutazione, la Bayley Scales of Infant Development (BSID). Medoff e Cooper

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[31], in base a quanto riportato, hanno trovato una significante relazione tra l’organizzazione della suzione (caratterizzata solo dai valori della pressione di suzione) e i valori BSID valutati all’ età di 12 mesi. Craig [32] ha riportato l’evidenza che il grado di controllo delle crescenti e decrescenti pressioni di suzione generate da un bambino prematuro ‘a rischio’, confrontato con quelle di un bambino sano, può prevedere lo sviluppo motorio misurabile a sei mesi di vita mediante una valutazione posturale.

Questi studi stimolano lo sviluppo di protocolli per la valutazione della suzione neonatale, come indicatore delle disfunzioni neurofisiologiche, e contribuiscono a soddisfare la necessità di sviluppare una strategia semplice ed economica per l’identificazione precoce di bambini a rischio di ritardi cognitivi e psicomotori [33].

2.2 Misurazione della suzione nutritiva

Lo studio e la misurazione della suzione nutritiva sono stati oggetto di diversi lavori presenti in letteratura, in particolare la suzione è stata valutata perché fornisce informazioni sullo sviluppo neuro-motorio e sulle disfunzioni patologiche.

Il controllo della suzione è probabilmente l’abilità intenzionale più precoce ed evidente del repertorio di movimenti del neonato. Tale abilità fornisce un’eccellente opportunità per esplorare i meccanismi di controllo motorio nel neonato. Il successo della suzione dipende da un attento coordinamento di varie strutture motorie orali, in modo che i conseguenti cambiamenti della pressione intraorale siano controllati e il latte possa fluire in modo gestibile dal recipiente di alimentazione. Precedenti ricerche si sono concentrate sulle frequenze e pressioni generati durante la suzione nutritiva e non nutritiva [34] e su come la suzione si coordina con respirazione e deglutizione [35], al contrario, lo studio della modalità di esecuzione della suzione, per cercare di spiegare come vengono

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controllati i conseguenti cambiamenti delle pressioni, non era stato preso in considerazione. La suzione neonatale può, infatti, essere vista come una precoce abilità motoria, che richiede un’attenta integrazione di una complessa serie di gruppi muscolari tramite il sistema nervoso centrale. Danni o disfunzioni del sistema nervoso centrale possono avere effetti negativi sul coordinamento della suzione [36].

A tal proposito, Craig e Lee [37] hanno descritto i principali meccanismi coinvolti in un ciclo di suzione. La suzione può essere divisa in un periodo di aspirazione crescente, seguito da un periodo di aspirazione decrescente. A seguito degli studi radiografici dagli anni ’50 [38] e degli studi ecografici dal 1980 [39], oggi c’è un accordo generale circa i meccanismi motori orali utilizzati durante la suzione. Si verifica una combinazione del movimento peristaltico della lingua e del movimento di altre strutture correlate intraorali, che apporta una variazione del volume intraorale, che influenza direttamente la pressione intraorale [40][41]. Il periodo di suzione crescente inizia quando i muscoli facciali e labbiali contratti attorno alla tettarella, formano una chiusura ermetica, e la lingua circonda la parte laterale e il fondo della tettarella. Di conseguenza la mascella si abbassa e la punta della lingua si muove in avanti verso la parte anteriore della bocca. La parte centrale della lingua si avalla per formare una cavità, creando una zona più ampia nella cavità orale e consentendo libertà di movimento della lingua lungo la base della tettarella. Questo allargamento della cavità provoca l’aumento della pressione intraorale che fa fluire il latte dal biberon verso la bocca [35]. Una volta raggiunto il picco desiderato della pressione di aspirazione, la lingua si appiattisce, la mascella inizia a salire e la parte medio-frontale della lingua assume una forma a campana. La lingua di conseguenza si muove lungo la tettarella in un’onda peristaltica e il restante latte presente nella tettarella fluisce nella parte posteriore della bocca in attesa di essere ingerito. In questo periodo la pressione intraorale diventa meno negativa. Quindi una precisa sincronizzazione tra la mascella, lingua e altri muscoli orali è comunque essenziale affinché si abbia un’effettiva suzione [42]. Cambiando lievemente il coordinamento delle diverse parti in movimento, il neonato è in grado di modulare l’ampiezza e la durata delle pressioni intraorali di suzione per regolare le variazioni di flusso del

(35)

latte [43]. Un attento controllo delle pressioni intraorali risulta, pertanto, necessario per ottimizzare il flusso dal biberon verso la bocca del neonato, e per spostare il latte verso la parte posteriore della bocca, dove viene accumulato prima di essere deglutito.

Figura 1: A-C. Rappresentazione schematica dei diversi movimenti che avvengono all'interno della bocca di un bambino per ottenere variazioni della pressione intraorale. A. Periodo di aspirazione crescente, dove la lingua si muove in avanti e verso il basso, e la mandibola si abbassa e il latte fluisce nella bocca. B. La lingua va all’ indietro e verso l’alto, la mandibola si alza e il latte va nella parte posteriore della bocca in attesa della deglutizione. C. Andamento delle pressioni registrato durante il nutrimento di un neonato. La prima fase è l’ aspirazione crescente e la seconda è l’ aspirazione decrescente.

Dopo un’accurata analisi dei movimenti coinvolti durante la suzione, Craig e Lee hanno realizzato un dispositivo per la valutazione delle modalità di controllo della suzione. L’apparato per la misura delle pressioni intraorali durante la suzione prevede l’utilizzo di una comune tettarella da biberon in cui viene inserito un catetere con diametro di 5 Fr attraverso un piccolo foro realizzato sulla base.

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Questo tubicino fuoriesce di 2 mm grazie a uno dei tre fori già presenti sulla punta della tettarella. L’altra estremità del catetere è collegata ad un trasduttore di pressione. Il segnale analogico viene campionato a 200 Hz e viene convertito in segnale digitale. Le pressioni intraorali misurate sono nel range di +50 e -300 mmHg.

Figura 2: Diagramma dell’apparato utilizzato per misurare la pressione intraorale di suzione.

La tettarella opportunamente modificata è collegata al trasduttore di pressione mediante un catetere. Esso sporge attraverso la punta della tettarella e consente di rilevare le variazioni di pressione all’interno della bocca.

Per lo studio sono stati reclutati dodici neonati sani, sei maschi e sei femmine, con età comprese tra le 28 e 82 ore di vita. I risultati mostrano la durata dei due periodi di suzione crescente e decrescente e le corrispondenti pressioni; l’elevata deviazione standard dimostra un alto grado di variabilità all’interno di ogni singolo soggetto.

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Figura 3: I tempi medi di suzione (A) e le pressioni medie di suzione (B) per il periodo di

aspirazione crescente (ISP) e decrescente (DSP) per ognuno dei neonati testati.

Le variazioni di pressione intraorale risultano cicliche (Figura 1C); nella prima fase la pressione è sempre più negativa (ISP) e nella seconda fase aumenta nella direzione opposta (DSP). Inoltre, le variazioni di pressione dimostrano che vi è una cinematica precisa, analoga a quella evidenziata nei movimenti degli adulti, ad esempio per il reaching. Malgrado la cinematica dei neonati appaia più irregolare, la si può considerare come una precoce e fine abilità del motore di percezione.

Kazuko Eishima [44] ha osservato e analizzato la suzione nei neonati in condizioni naturali, utilizzando una speciale camera e un fibroscopio. A differenza dei precedenti studi radiografici [45][46] e ultrasonografici [47][48], che non forniscono immagini chiare, non possono essere usati in condizioni