Abstract:

Versione in italiano:

La manifestazione dell'attività motoria nei neonati nei primi mesi postnatali è un prerequisito per lo sviluppo delle abilità motorie volontarie, della funzione locomotoria e del tono posturale dinamico funzionale. Durante l'ontogenesi motoria, il neonato attraversa diverse fasi, dall'attività motoria spontanea e riflessa a movimenti coordinati volontari e, infine, alla camminata eretta. Questa fase dello sviluppo è anche associata a modifiche notevoli nella struttura e nell'innervazione dei muscoli scheletrici. Lo studio dello sviluppo precoce della struttura muscolare è stato principalmente limitato dai modelli animali, che non riescono a replicare caratteristiche specifiche dell'infanzia umana o si concentrano prevalentemente sugli aspetti cellulari della mio-genesi. A nostra conoscenza, non sono stati condotti studi su neonati per valutare in vivo l'influenza reciproca tra lo sviluppo del controllo neurale del movimento e la struttura funzionale dei muscoli.

I neonati pretermine hanno un rischio maggiore di sviluppare vari tipi di disabilità motorie, la più grave delle quali è la paralisi cerebrale (PC). Nonostante esistano alcuni strumenti di screening per l'identificazione precoce dei ritardi nello sviluppo, i metodi attualmente disponibili non sono specifici e non offrono descrittori clinici distinti e facili da usare per i movimenti o le posture atipiche osservate nei bambini con malattie del neurosviluppo motorio. Di conseguenza, nella maggior parte dei contesti clinici, l'età per la diagnosi di disabilità motorie causate da lesioni cerebrali perinatali, come la PC, è in media di due anni o più. La rilevazione precoce della disabilità neuromotoria è essenziale per fornire un intervento precoce specifico che possa sfruttare la plasticità neurale nei primi anni di vita e prevenire complicazioni. Siamo fermamente convinti che, utilizzando un approccio combinato di analisi avanzate e non invasive dell'elettromiografia (EMG) e dell'ecografia (US), sarebbe possibile mappare le tappe della maturazione precoce del sistema neuromuscolare: la base per identificare nuovi biomarcatori che migliorino la diagnosi precoce per le malattie neuromuscolari. A tal fine, prevediamo di analizzare l'attività EMG dei muscoli degli arti inferiori e superiori durante i movimenti spontanei (provati essere un eccellente indicatore di danno cerebrale precoce) e di valutare lo sviluppo morfologico concomitante e i cambiamenti nella rigidità muscolare degli stessi muscoli degli arti inferiori e superiori mediante ecografia panoramica ed elastografia. Per valutare i cambiamenti e l'interazione tra le variabili neurali e strutturali durante lo sviluppo precoce, seguiremo longitudinalmente un gruppo di neonati molto pretermine e un gruppo di neonati a termine, dalla nascita fino ai primi mesi di vita. Il nostro progetto utilizza un approccio multidisciplinare per superare questa sfida e sfrutta l'esperienza consolidata con tecnologie biomediche avanzate, il controllo neurale dei movimenti, l'organizzazione neuronale del midollo spinale nello sviluppo, la ricerca pediatrica e gli aspetti clinici della riabilitazione motoria, tutti elementi unici del nostro gruppo di ricerca.

English version:

Manifestation of motor activity of infants in the first postnatal months is a prerequisite to developing voluntary motor skills, locomotor function, and functional dynamic postural tone. During motor ontogenesis, the infant proceeds through several stages from spontaneous and reflex motor activity to voluntary coordinated movements and, lastly, upright walking. This developmental stage is also associated with striking modifications in the structure and innervation of skeletal muscles. Studying early postnatal development of muscle structure has been mainly limited by animal models, but they fail to replicate specific features of human infancy or are prevalently focused on the cellular aspects of myogenesis. To the best of our knowledge, no studies on neonates have been performed to evaluate in-vivo the mutual influence between the development of neural control of movement and functional structure of muscles.
Preterm neonates have an increased risk of developing different types of motor impairments, the most severe being cerebral palsy (CP). Despite the existence of some screening tools for the early identification of developmental delays, the methods that are currently available are not specific and do not offer distinct, user-friendly clinical descriptors of atypical movements or postures seen in children with neuro-motor development diseases. As a consequence, in most clinical settings, the age for diagnosis of motor impairments caused by perinatal brain injuries, such as CP, is on average two years or beyond. The early detection of neuromotor impairment is essential to provide a specific early intervention that can take advantage of the neural plasticity in early infancy and prevent complications. We are highly confident that, using the combined approach of advanced and non-invasive electromyographic (EMG) and ultrasound (US) analyses, it would be possible to map the milestones of early maturation of the neuromuscular system: the foundation to identify novel biomarkers to improve early diagnosis for neuromuscular diseases. To this end, we plan to analyze the EMG activity of lower and upper limb muscles during spontaneous movements (proven to be an excellent marker for early brain impairment) and to assess the concurrent morphological development and changes in muscle stiffness of the same lower and upper limb muscles via panoramic ultrasound and elastography. To assess the changes and interaction between neural and structural variables during early development, we will follow longitudinally a group of very preterm and a group of full-term neonates from birth throughout the first months of life. Our project uses a multidisciplinary approach to overcome this challenge and leverages the established experience with advanced biomedical technologies and the neural control of movements, developmental spinal cord neuronal organization, pediatric research, and clinical aspects of motor rehabilitation, all unique to our research group.

Contatti: martino.franchi@unipd.it