Research Portfolio

Introduzione

La paralisi cerebrale infantile (PCI) è la disabilità motoria più frequente dell’età pediatrica. Le alterazioni del cammino che la caratterizzano nascono da un controllo neuromuscolare alterato e si traducono in un modo di camminare visibilmente diverso da quello tipico.

Per studiare come il sistema nervoso organizza il movimento, la ricerca usa da tempo l’analisi delle sinergie muscolari: pochi schemi di attivazione, condivisi da più muscoli, con cui il cervello semplifica un gesto complesso come il cammino. Finora questa analisi si è basata quasi solo sui segnali elettromiografici (EMG), cioè sull’attività elettrica dei muscoli — un limite, perché racconta come si attivano i muscoli ma non come quell’attivazione si traduce nel movimento reale delle articolazioni.

Un modello più recente, le sinergie cinematico-muscolari, unisce i segnali EMG ai dati di movimento delle articolazioni, mettendo in relazione diretta il comando nervoso con il risultato biomeccanico. Era già stato applicato al cammino di adulti sani; lo studio qui presentato, condotto dal gruppo del Prof. Nicola Portinaro insieme ai ricercatori del CNR (Istituto STIIMA), lo applica per la prima volta a una popolazione pediatrica con paralisi cerebrale, per capire come questo accoppiamento cambi a seconda dell’età.

Materiali e metodi

Lo studio è stato condotto presso il Laboratorio di Analisi del Movimento dell’Humanitas Research Hospital di Rozzano (Milano), in collaborazione con il Consiglio Nazionale delle Ricerche.

È uno studio trasversale: non segue nel tempo la crescita degli stessi bambini, ma confronta gruppi diversi di partecipanti, di età diverse, ciascuno osservato in un’unica sessione di misura.

Hanno partecipato 17 bambini e ragazzi con paralisi cerebrale, divisi in tre fasce d’età:

• Bambini (6–11 anni): età media 8,6 anni;
• Adolescenti (12–15 anni): età media 13,7 anni;
• Giovani adulti (16–20 anni): età media 17,4 anni.

Come riferimento è stato usato un gruppo di 22 bambini con sviluppo tipico, tutti maschi, età media 9 anni: un unico gruppo di confronto, più vicino per età ai partecipanti più piccoli con paralisi cerebrale che ai più grandi.

Ogni partecipante ha camminato a piedi nudi lungo un percorso di 5 metri, alla velocità che sentiva più naturale. Il movimento è stato registrato con un sistema optoelettronico a 8 telecamere sincronizzato a una pedana di forza, calcolando le accelerazioni angolari di bacino, anca, ginocchio e caviglia sul piano sagittale. Contemporaneamente, l’attività di 8 muscoli per arto (tibiale anteriore, gastrocnemio mediale e laterale, retto femorale, semitendinoso, bicipite femorale, grande adduttore, grande gluteo) è stata rilevata con elettrodi di superficie. I due tipi di dati sono stati combinati ed elaborati con un algoritmo di scomposizione matematica (mixed-matrix factorization) che estrae, per ciascun arto, le sinergie cinematico-muscolari condivise dai passi registrati.

Risultati

I risultati distinguono due aspetti delle sinergie: la loro struttura spaziale (quali muscoli e articolazioni lavorano insieme) e la loro attivazione nel tempo (quando, durante il passo, ciascuno schema entra in azione).

Sul piano spaziale, la struttura è risultata moderatamente conservata in tutti i gruppi con paralisi cerebrale rispetto al gruppo di riferimento, senza un peggioramento chiaro legato all’età — anche nei giovani adulti resta paragonabile a quella dei bambini più piccoli. Cambia però la coerenza interna al gruppo, cioè quanto i soggetti dello stesso gruppo si somigliano tra loro: più alta nei bambini con paralisi cerebrale, significativamente più bassa negli adolescenti (p = 0,04) e nei giovani adulti (p = 0,001). Un altro segnale coerente con l’età: nei gruppi più grandi i muscoli tendono a co-attivarsi di più, con una minore selettività del reclutamento muscolare.

Sul piano temporale, invece, la divergenza con l’età è più netta: il coefficiente di correlazione medio tra il pattern di attivazione di ciascun gruppo e quello del gruppo di riferimento diminuisce da 0,70 nei bambini con paralisi cerebrale, a 0,57 negli adolescenti, a 0,51 nei giovani adulti. Anche qui, i bambini con sviluppo tipico mostrano un’attivazione nel tempo molto più coerente e ripetibile rispetto a tutti i gruppi con paralisi cerebrale (p < 0,001). Interessante notare che questi cambiamenti non risultano legati al grado di compromissione motoria (scale GMFCS e FMS), simile nei tre gruppi: un segnale che a cambiare con l’età sia più il modo e il momento in cui i moduli motori vengono richiamati, che la loro disponibilità di base.

In sintesi: la struttura di base del controllo motorio sembra essere stabilita precocemente e resta relativamente stabile; è soprattutto la sua coordinazione nel tempo a divergere progressivamente nei gruppi più grandi — un pattern che gli autori interpretano come possibile segno di strategie di compenso, cambiamenti biomeccanici legati alla crescita, o un accumulo di deficit del controllo motorio selettivo, piuttosto che come una tappa dello sviluppo tipico.

Conclusioni

Lo studio mostra che le sinergie cinematico-muscolari permettono di distinguere le alterazioni che riguardano la struttura delle sinergie da quelle che riguardano il momento in cui vengono attivate, collegandole alle conseguenze biomeccaniche osservate durante il cammino — un dettaglio che l’analisi muscolare tradizionale, da sola, non coglie.

È un risultato che gli autori propongono come punto di partenza per una valutazione del cammino più mirata: potrebbe fornire indicazioni utili per personalizzare obiettivi e strategie di riabilitazione, pianificazione chirurgica e prescrizione di ortesi, in base a quale componente — spaziale o temporale — risulta più compromessa nel singolo paziente. Lo studio non ha però verificato se l’uso di queste sinergie migliori davvero gli esiti della riabilitazione: è una prospettiva ancora da validare.

Va anche detto che si tratta di uno studio preliminare, su sottogruppi piccoli (5 bambini, 7 adolescenti, 5 giovani adulti) e con un gruppo di riferimento di soli maschi, più giovane dell’intera fascia d’età osservata nei pazienti; anche la distribuzione dei sottotipi di paralisi cerebrale non era omogenea tra i gruppi. Servirà confermare questi risultati su campioni più ampi ed equilibrati.

Riferimenti bibliografici

Brambilla C, Scano A, Beltrame G, Marino G, Piccinini L, Molinari Tosatti L, Portinaro N. Kinematic-muscular synergies describe coupled neuro-muscular control and biomechanics of locomotion in children with cerebral palsy. Journal of Electromyography and Kinesiology, 90:103191, 2026. https://doi.org/10.1016/j.jelekin.2026.103191