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Il sistema dei neuroni specchio e la neuroriabilitazione GIOVANNI BUCCINO Dipartimento di Scienze Mediche e Chirurgiche, Università Magna Graecia, Catanzaro

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Il sistema dei neuroni specchio e la neuroriabilitazione

GIOVANNI BUCCINODipartimento di Scienze Mediche e Chirurgiche,Università Magna Graecia,Catanzaro

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Gallese et al, 1996

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Umiltà et al, 2001

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Kohler et al, 2002

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Buccino et al, 2001

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Buccino et al, 2004

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Iacoboni et al, 2005

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Buccino et al, 2007

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Buccino et al, 2004

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Vogt et al, 2007

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Action observation treatment in

neurorehabilitation

Buccino et al, 2006

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When does Action Observation Treatment work?

• Recovery of upper limb motor functions in chronic stroke patients (Ertelt et al., 2007; Franceschini et al., 2010)

• Recovery of daily living activities and freezing of gait in Parkinson’s disease patients (Pelosin et al, 2010, Buccino et al., 2011)

• Recovery of lower limb motor functions in orthopedic patients (Bellelli et al., 2010)

• Recovery of upper limb motor functions in children with cerebral palsy (Buccino et al., 2012)

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Patients

Patient Sex AgeStroke onset

Localisation of lesion

Duration of former therapies

(days)

1 m 61 2/1992Left large fronto-parieto-temporal (media territory)

84

2 m 66 8/ 2000Right basal ganglia,

capsula112

3 f 38 8/2003

Right parieto-temporo-occipital,

going into the intraparietal sulcus

140

4 f 64 6/2000Right basal ganglia,

capsula142

5 m 55 1/ 2000Right frontal operculum

113

6 m 54 7/2002 Left basal ganglia 238

7 m 60 3/2002Right primary

sensorimotor cortex50

8 F 63 8/1999Right parietal

(media territory)74

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Stable baseline – no statistical difference between the two baseline measurements

(3 weeks apart)

Wilcoxon

Signed Ranks

Test

FAT WMFT SIS

Z 0,000(a) -0,840(b) -0,339(b)

Asymp.Sig.

(2-tailed)1,000 0,401 0,735

FAT – Frenchay Arm TestWMFT – Wolf Motor Function TestSIS – Stroke Impairment Scale

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Significant effect of treatment

FAT WMFT SIS

Z -3.252 -1.680 -2.684

Significance 0,0005 0,05 0,0025

FAT – Frenchay Arm TestWMFT – Wolf Motor Function TestSIS – Stroke Impairment Scale

Ertelt et al, 2007

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Ertelt et al, 2007

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Action observation treatment in Parkinson’s disease (1)

• Case- control study, two centers (Milan, Parma)

• Twenty video-clips each presenting a daily action (i.ewalking)

• Each action subdivided into four motor segments

• Each motor segment presented for 3 minutes

• Patients were required to actually execute the observedmotor segment for 2 minutes

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Action observation treatment in Parkinson’s disease (2)

• In the control group observation of non action related video-

clips (videos related to scientific or geographical matters)

• Patients and controls were evaluated by means of functionalscales (UPDRS, FIM) at baseline and at the end oftreatment

• Patients with cognitive impairment were not enrolled

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Case Group(EXG)

Control Group (CG)

EXG vs. CG

p p p

UPDRS -25.8±8.7 0.018 -11.1±7.3 0.042 0.002

FIM 11.1±4.2 0.043 3.8±3.6 0.043 0.004

Buccino et al, 2011

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Groups

Experimental (n=30) Control (n=30) p

Age, years 71.9 8.4 71.8 6.9 .96

Sex female, n (%) 21 (70.0) 16 (53.3) .14

Type of orthopedic surgical intervention

Hip arthroplasty, n (%) 15 (50.0) 10 (33.3)

Knee arthroplasty, n (%) 12 (40.0) 18 (60.0) .30

Hip fracture repair, n (%) 3 (10.0) 2 (6.7)

Time from surgery to randomization (days) 7.7+2.2 7.3+2.4 .49

Mini Mental State Examination (0-30) 26.4 3.0 26.3 3.3 .94

Geriatric Depression Scale (0-15) 3.0 3.1 3.1 2.8 .92

BMI (Kg/cm2) 24.9 6.8 24.7 4.4 .87

CIRS severity 1.3 0.3 1.3 0.4 .61

CIRS comorbidity 1.7 1.1 1.6 0.9 .67

Albumin serum levels (gr/dl) 3.2 0.4 3.2 0.3 .95

Transferrin serum levels (mg/dl) 189.6 47.4 180.1 32.5 .38

Length of stay, days 20.1 2.9 21.0 3.6 .29

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Groups

Experimental (n=30) Control (n=30)

Functional status

FIM total score on admission (0-126) 86.7 16.6 93.6 11.8 .07

FIM total score at discharge (0-126) 109.1 11.9 109.6 6.8 .85

FIM –AFG 22.4 11.9 16.0 9.3 .02

FIM – AFE 1.0 0.5 0.7 0.4 .01

FIM – RFG 57.7 21.5 47.7 14.7 .04

Motor FIM* subscore on admission (13-91) 14.7 5.6 17.9 3.5 .01

Motor FIM* subscore at discharge (13-91) 26.6 3.4 25.4 2.0 .09

Motor FIM* subscores – AFG 11.9 5.6 7.5 3.4 .001

Tinetti (gait and balance) on admission (0-28) 12.7 6.9 15.7 4.7 .06

Tinetti (gait and balance) at discharge (0-28) 22.4 4.0 23.2 1.6 .32

Tinetti AFG 9.6 4.2 7.4 4.2 .04

Walking aids on admission

Two crutches 18 (60.0) 24 (80.0).08

Walker 12 (40.0) 6 (20.0)

Walking aids at discharge

One crutch 29 (96.7) 22 (73.3)

Two crutches 1 (3.3) 8 (26.7) .01

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• Case-control study

• Fifteen video-clips each showing upper limb daily actions within the motor repertoire of children

• Each action divided into three motor segments

• Children in the case group look carefully at the video sequences and imitate the observed action

Action observation treatment in children with cerebral palsy (1)

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• Children in the control group look at video-clips on geographical, scientific or historical topics suitable for children

• All children evaluated by means of Melbourne Assessment of Upper Limb Function before and at the end of the treatment.

• Long term follow-up at two months.

Action observation treatment in children with cerebral palsy (2)

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Inclusion criteria:

Children with cerebral palsyAged 5-10IQ>/= 70No visual and/or auditory deficits

Exclusion criteria:

Drug treatmentEpilepsy

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Buccino et al, 2012

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Actionobservation(AO)

Motorimagery(MI)

Controlgroup(CO)

p

Time error 3.3±7.6 20.1±14.5 16.9±14.6 0.002

Frequency right hand (Hz) 1.00±0.00 0.93±0.00 0.79±0.27 0.008

Frequency right foot (Hz) 0.99±0.00 0.94±0.00 0.88±0.14 0.011

Frequency left hand (Hz) 0.96±0.00 0.97±0.15 0.76±0.27 0.009

Frequency left foot (Hz) 0.96±0.00 0.94±0.13 0.89±0.18 NS

Range of motion right hand(degree)

58.0±10.9 57.2±11.3 59.5±12.5 NS

Range of motion right foot(degree)

49.1±10.3 45.4±13.2 31.8±12.9 0.002

Range of motion left hand(degree)

61.1±7.0 51.9±15.2 59.9±17.7 NS

Range of motion left foot(degree)

39.9±10.0 38.4±17.2 25.4±11.0 0.031

Absolute error (degree) 20.9±12.8 23.5±12.1 29.6±14.2 NS

Gatti et al, 2013

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Thanks to

Milan group: Stefano Cappa,Roberto Gatti, Maria Cristina Giusti

Parma group: Stefano Calzetti,Anna Negrotti

Cremona group: Giuseppe Bellelli, DanieleArisi

Brescia group: Marco Trabucchi, AlessandroPadovani, Elisa Fazzi