INTO THE GROOVE: CAN RHYTHM INTO THE GROOVE: CAN RHYTHM INFLUENCE PARKINSON'S INFLUENCE PARKINSON'S

DISEASE?DISEASE?

Neuroscience and Biobehavioral

Reviews

Volume 37, Issue 10, Part 2, December 2013, Pages Volume 37, Issue 10, Part 2, December 2013, Pages

2564-25702564-2570REVIEWREVIEW

Cristina Nombelaa, Laura E. Hughesb, Adrian M.Owenc, d, Jessica A. Grahnc, 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

• Patologia ad eziologia

sconosciuta.

• Caratterizzata dalla degenerazione

cronica e progressiva delle strutture

nervose che costituiscono il sistema

extrapiramidale.James Parkinson (1817) James Parkinson (1817)

““An Essay on the Shaking Palsy”An Essay on the Shaking Palsy”

È costituito dal “fascio piramidale” che provvede ai

movimenti volontari dei muscoli.

Origina dalle cellule piramidali cellule piramidali della Corteccia Motoria

Primaria.

Contiene 3 paia di fasci discendenti:

1. FASCIO CORTICOBULBARE

2. FASCIO CORTICOSPINALE LATERALE

3. FASCIO CORTICOSPINALE ANTERIORE

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

• Depigmentazione della sostanza

nera

(in quest’area è prodotta la

dopamina).

• Presenza dei “Corpi di Lewy”

(aggregati proteici che si sviluppano

all’interno delle cellule nervose).

Sintomo predominante:

TREMORETREMORE

Sintomo predominante: RIGIDITÀRIGIDITÀ (più rara)

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 l’ictus.

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.

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 è presente un “blocco” “blocco” nella deambulazione nella deambulazione

• aumenta la cadenza o frequenza del passoaumenta la cadenza o frequenza del passo

• Elaborazione dell’atto motorioElaborazione dell’atto motorio

““Deficit della coordinata locomozione ritmica!”Deficit della coordinata locomozione ritmica!”

• Esecuzione del movimentoEsecuzione del movimentoCarente in questi soggettiCarente in questi soggetti

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).

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 20-50 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.

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 l’avvio del movimento.

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).

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 “l’auditory startle reflex”

(l’inizio del riflesso uditivo): una rapida risposta motoria

a suoni improvvisi.

Questo accoppiamento senso-motorio, in cui le

informazioni sonore suscitano l’azione 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 scimmieStudi realizzati sulle scimmie hanno anch’essi 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).

Nell’uomo le aree del cervello coinvolte nella elaborazione del ritmo sono

strettamente correlate a quelle del movimento, come ad esempio:

lacorteccia pre-motoria;

l’area 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

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.

L’iperattività nel pre- SMA durante il sequenziamento dell’azione 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 dell’elaborazione temporale (Kotz e Schwartze, 2011).

Terapie motorie neurologiche cercano di rafforzare percorsi

alternativi basati su connessioni esistenti

Lo schema rappresenta l'attivazione dei circuiti cervelletto-talamo-corticale. Utilizzando studi 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 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 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 maggiore attività nel cervelletto potrebbe significare l'accesso ad un percorso alternativo per

compensare il danneggiamento del percorso dei gangli della base - SMA – corteccia compensare il danneggiamento del percorso dei gangli della base - SMA – corteccia prefrontaleprefrontale.

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.

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 aiuta a

regolare la carente sincronizzazione internaregolare la carente sincronizzazione interna e i processi di formazione del ritmo processi di formazione del ritmo

nel PD. 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.

Un precedente lavoro effettuato con fMRI

ha mostrato che il putamenputamen risponde

positivamente agli stimoli ritmici (battiti)

(Grahn e Brett, 2007 e Grahn e Rowe,

2009). Tuttavia, si pensa che il putamen è putamen è

una delle regioni più colpite nel PD una delle regioni più colpite nel PD

La RAS utilizza un semplice metronomo che batte abbinato all’andatura 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.

È stata progettata per facilitare la riabilitazione dei movimentiprogettata per facilitare la riabilitazione dei movimenti (per esempio

l’andatura) nei pazienti affetti da Morbo di Parkinsonpazienti affetti da Morbo di Parkinson, ictusictus e pazienti con pazienti con

lesioni cerebralilesioni 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.

Parametri valutati prima di iniziare la stimolazione uditiva ritmica: Parametri valutati prima di iniziare la stimolazione uditiva ritmica: la velocitàvelocità, la lunghezza del passolunghezza del passo, andaturaandatura e l’attivazione a livello elettromiografico per il l’attivazione a livello elettromiografico per il gastrocnemio e muscoli tibiale anteriore 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 15-20 % 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 dell’attivazione simmetrica tra braccia e gambe

I battiti del metronomobattiti del metronomo (60-150 battiti al minuto, bpm) non basati sulla non basati sulla

cadenza base del paziente possono portare ad cadenza base del paziente possono portare ad una diminuzione della

lunghezza del passo e dell'andatura quando sono impostati troppo bassi (60 impostati troppo bassi (60

o 90 bpm)o 90 bpm) o troppo alti (150 bpm)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.

Nella malattia di Parkinson, sono stati osservati miglioramenti nella

deambulazione e si pensa che siano dovuti alla sincronizzazione tra

l’elaborazione temporale e la generazione del movimento attraverso l’utilizzo

di un battito regolare, modificando così la precedente funzione di

sincronizzazione interna alterata. La presenza di battiti regolari negli stimoli La presenza di battiti regolari negli stimoli

uditivi uditivi può anchepuò anche aumentare l'attività nel putamen e quindi compensare la aumentare l'attività nel putamen e quindi compensare la

mancanza di stimolazione dopaminergica. mancanza di stimolazione dopaminergica. Questo beneficio non porta solo al miglioramento generale dell’andatura

(compreso il controllo posturale), ma anche alla capacità di generare

complesse sequenze di movimenti coordinati tra arti superiori e inferiori

I ritmi dovrebbero essere progettati in modo appropriatoprogettati in modo appropriato poichè perdono di

valore terapeutico quando non sono sintonizzati col ritmo del paziente, o

quando diventano cognitivamente più esigenti.

I percorsi reticolo-spinali con le aree cerebellari possono avere un ruolo nel possono avere un ruolo nel

mediare l'effetto positivo della musica .mediare l'effetto positivo della musica .

È importante sottolineareimportante 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 per essere mantenuta necessiterà di

un’esercitazione permanenteun’esercitazione permanente.