Lo studio dei movimenti dei feti all’interno del ventre materno offre interessanti prospettive di analisi sotto diversi punti di vista: hanno fatto il giro del mondo le immagini dei feti gemelli, catturate attraverso la tecnica dell’ecografia quadridimensionale, che mostrano come la ricerca del contatto con l’altro avvenga in un periodo di gestazione estremamente precoce, già intorno alla tredicesima settimana. I feti si avvicinano in modo intenzionale verso il proprio gemello, sembrano volersi accarezzare e conoscere, unendo curiosità e gioco, spinti da un istinto primordiale alla socialtà. E i movimenti verso l'altro sono caratterizzati da una maggiore delicatezza rispetto a quelli verso se stessi o diretti verso la parete uterina.

Immagine tratta da una delle ecografie quadridimensionali con cui sono stati registrati i movimenti di cinque coppie di feti gemelli a 14 e a 18 settimane di gestazione

A questa ricerca, condotta da ricercatori delle università di Padova, Torino e Parma in collaborazione con l'Istituto pediatrico Burlo Garofolo di Trieste, ha fatto seguito un altro studio che ha mostrato come sia possibile prevedere già alla 18° settimana di gestazione se il nascituro sarà destrimano o mancino: la percentuale di esattezza della predizione, verificata al compimento del nono anno di età degli stessi bambini e bambine, si è dimostrata molto elevata, in un range che spazia dall’89% al 100%. A realizzare lo studio sono stati Valentina Parma, ricercatrice che lavora alla Temple University di Philadelphia e che nella sua formazione ha conseguito un dottorato in Psicologia sperimentale all’università di Padova e Umberto Castiello, docente di Psicologia dell’ateneo patavino. L’elemento particolarmente interessante è il fatto che molto prima di sviluppare la capacità di afferrare un oggetto o di iniziare a disegnare, abilità che richiedono nel primo caso alcuni mesi e nel secondo almeno un anno, i feti abbiano già sviluppato una preferenza nell’uso delle mani. Un’altra frontiera su cui si sta concentrando l’attenzione degli studiosi è capire se dall’analisi cinematica dei feti sia possibile arrivare ad una diagnosi tempestiva per alcuni tipi di patologie, come i disturbi dello spettro autistico. 

Abbiamo chiesto a Valentina Parma di approfondire i risultati e le prospettive degli studi sulla cinematica fetale e di fornirci qualche indicazione anche sul filone di ricerca dedicato all'olfatto, un ambito al quale la neuroscienziata sta dedicando un'attenzione particolare attraverso studi che indagano quanto sia esteso il ruolo degli stimoli olfattivi sul nostro modo di pensare e di agire. 

Gli studi sulla cinematica fetale hanno dimostrato che i feti sviluppano un elevato livello di maturazione del sistema motorio già intorno alla 13° settimana di gestazione e, nel caso di gravidanze gemellari, a questo si unisce anche una precoce tendenza alla socialità e all’interazione. Recentemente lei ha condotto uno studio, insieme al professor Umberto Castiello, in cui si è evidenziato che già intorno alla 18° settimana di gestazione è possibile predire il dominio manuale e quindi capire se il bambino o la bambina che nasceranno saranno destrimani o mancini. Ci può spiegare come è stato condotto lo studio e quali risultati sono emersi?

Certo. Abbiamo raccolto delle immagini ecografiche che permettono di ricostruire in 3D le sembianze del feto, cosí da poter avere una visione frontale del feto dalla testa all'addome che contenga anche le estremità delle braccia. Registrando queste immagini ecografiche per circa una ventina di minuti riusciamo a raccogliere una serie di movimenti spontanei delle braccia per ciascun feto. Le ecografie sono state fatte per ciascun feto a 14, 18 e 22 settimane di gestazione. Poi diventa difficile includere in un'immagine testa, addome e estremità delle braccia, che sono elementi necessari per il calcolo delle misure cinematiche.

La cinematica è la tecnica che ci permette di quantificare i movimenti in modo molto preciso. In questo caso, abbiamo posizionato dei marcatori - dei piccoli adesivi digitali - sulle immagini ecografiche in modo da poter tracciare il percorso del polso durante i movimenti spontanei in cui ciascuna mano del feto tocca la propria bocca, il proprio occhio o la parete uterina. Calcolando il tempo di movimento e i tempi di decelerazione del polso verso ciascuno dei tre obiettivi siamo riusciti a visualizzare una chiara preferenza dei feti per l'utilizzo della mano dominante. Per capire qual era la mano dominante di ciascun feto abbiamo intervistato i genitori dei feti testati a 9 anni di distanza dalla registrazione dell'ecografia. A quest'età la dominanza manuale è confermata. Sia i feti destrimani (86% dei casi, in linea con gli studi di popolazione) che quelli mancini sono più veloci a raggiungere gli obiettivi che richiedono movimenti di precisione - ovvero l'occhio in primis, ma anche la bocca - con la propria mano dominante rispetto a quella non dominante. Statistiche di classificazione riescono a identificare con una precisione che varia dall'89% al 100% la dominanza manuale postnatale in base ai movimenti registrati in utero.

Lo studio della cinematica fetale può essere un elemento attraverso il quale arrivare ad una diagnosi precoce per determinate patologie? Quali e perché?

L'analisi del movimento viene riconosciuta essere uno strumento molto utile per la rilevazione di alterazioni dello sviluppo motorio e cognitivo. Se ad oggi la valutazione del movimento nella prima infanzia tende ad essere focalizzata su analisi di tipo qualitativo, lo sviluppo di tecnologie digitali per la quantificazione del movimento [come il software di digital tracking creato da Ab.Acus e usato nei nostri studi per applicare i marcatori digitali] permette di rilevare l'attività motoria fin dalla vita uterina. Sebbene la ricerca abbia ancora strada da fare per quanto riguarda l'identificazione di criteri diagnostici sensibili e specifici, lo studio della cinematica fetale rappresenta un'area di sviluppo per l'identificazione precoce dei disturbi del neurosviluppo, come l'autismo che presenta alterazioni del comportamento motorio postnatale. Identificare precocemente questi disturbi è una delle strategie cardine per migliorare la prognosi nel lungo termine.

Nella sua attività di ricerca lei si sta dedicando in modo particolare allo studio dell’olfatto e, in particolare, un filone di ricerca si concentra sui bambini e sul modo in cui percepiscono ed elaborano le informazioni legate agli odori. Cosa è stato osservato? E in uno stadio prenatale i feti che tipo di esperienze sviluppano rispetto al sistema olfattivo?

Pianifichiamo le nostre azioni sulla base dei cinque sensi, e il senso dell'olfatto non è un'eccezione. L'olfatto è una delle prime modalità sensoriali ad essere disponibile al feto nella vita uterina, assieme al tatto. Per cui rappresenta uno degli stimoli precoci attraverso cui prendiamo contatto col mondo e ne impariamo le sue regole. Come ben dimostra uno studio del 2000, neonati partoriti da donne che consumavano abitualmente anice in gravidanza preferiscono in modo stabile l'odore dell'anice rispetto ad un odore di controllo. Questo indica che la percezione olfattiva ha una continuità pre-postnatale e che l'apprendimento olfattivo prenatale viene trasferito al mondo post-natale. Purtroppo, al momento la tecnologia ci permette di avere solo questo tipo di osservazioni indirette dell'olfatto in utero.

Al professor Umberto Castiello, responsabile del gruppo di ricerca Neuroscience of Movement Laboratory (NeMo) che fa parte del dipartimento di Psicologia generale dell'università di Padova, abbiamo chiesto di approfondire i risultati dello studio che si è concentrato sull'analisi delle interazioni dei feti gemelli e di spiegarci in che modo è stato possibile attribuire una valenza sociale ai gesti e agli spostamenti all'interno del ventre materno.

"Prima di parlare dello studio che abbiamo condotto sui feti gemelli, per capire le origini della socialità, della prosocialità nell’essere umano è necessaria una piccola prefazione: da anni nel nostro laboratorio studiamo il controllo motorio e cioè come il nostro cervello organizza i movimenti. E questo - approfondisce il professor Umberto Castiello - lo abbiamo fatto con diverse tecniche come la risonanza magnetica funzionale, l’analisi tridimensionale del movimento, l’elettroencefalografia ed altro e lo abbiamo fatto su diverse popolazioni. Ad un certo punto quello che ci siamo chiesti è se il modo con il quale ci muoviamo, la coreografia che assumono, per esempio, le nostre mani quando afferriamo un oggetto o interagiamo con altre persone è in un qualche modo influenzata dall’aspetto sociale. Quindi, se mi muovo con un’intenzione individuale mi muovo in maniera diversa rispetto al muovermi con un’intenzione sociale e quindi interagire con un’altra persona? E in effetti quello che abbiamo scoperto è che il nostro sistema motorio si modula a seconda del livello di socialità. Se devo prendere uno stesso oggetto per passarlo ad un’altra persona ecco che la cinematica, e quindi la coreografia assunta dalla mia mano per afferrare l’oggetto, è diversa e questo vuol dire che è l’intenzione che modula il modo con cui io programmo ed eseguo un certo movimento".

Il docente del dipartimento di Psicologia generale dell'università di Padova prosegue spiegando che, una volta appurato che i movimento compiuti dalle persone adulte seguono modalità diverse a seconda che abbiano un'intenzione sociale oppure no, l'aspetto rilevante diventava quello di capire quando nasce questa capacità di differenziare un movimento individuale da un movimento sociale. "E allora - continua il professor Castiello - abbiamo pensato ad un esperimento che prevedeva il coinvolgimento dei feti, cioè il movimento a livello fetale. In studi precedenti noi avevamo dimostrato che già a livello fetale, dalle 18 alle 22 settimane, i feti sono in grado di programmare il loro movimento in modo diverso a seconda che si muovano verso parti del loro corpo: ad esempio, se si muovono verso la bocca il loro movimento è molto più veloce e meno accurato rispetto a quando si muovono verso gli occhi. Questo cosa significa? Significa che già a 18 settimane di gestazione il feto sa che se si muove in maniera molto veloce, balistica verso gli occhi potrebbe farsi male. Mentre invece se si muove in maniera più rapida verso le orecchie o verso la bocca le conseguenze, dal punto di vista del dolore, sono inferiori. Quindi un po’ capitalizzando queste osservazioni abbiamo voluto provare a studiare i feti gemelli ed è un esempio di socialità ad un periodo di vita molto precoce. In collaborazione con l’ospedale Burlo Garofolo di Trieste e una compagnia di bioingegneria di Milano, la Ab.Acus, abbiamo così implementato un sistema per riuscire a studiare il movimento dal punto di vista cinematico, quindi dal punto di vista matematico nei feti: prima nei feti individuali e poi nei feti gemelli. Lo scopo era quello di capire se, così come nei soggetti adulti, anche i feti programmano il movimento in maniera differenziata a seconda che si tratti di un movimento eseguito con un’intenzione individuale, rispetto ad un movimento eseguito con un'intenzione sociale". Per realizzare lo studio - prosegue il docente - "sono state coinvolte un certo numero di mamme e sono state sottoposte ad ecografia quadrimensionale, cioè significa quindi un'ecografia che ci fornisce una sorta di rappresentazione tridimensionale del feto e le abbiamo sottoposte regolarmente a queste ecografie. I video emersi da queste ecografie sono stati importati in un software che è stato sviluppato appunto da questa compagnia di Milano, la Ab.Acus, di bioingegneria per poter digitalizzare appunto questo movimento. Cosa significa digitalizzare? Significa selezionare la parte di movimento di nostro interesse, selezionare i segmenti anatomici di nostro interesse e posizionare su questi segmenti anatomici dei piccoli marker, post hoc da video che poi vengono seguiti lungo tutto il percorso del movimento. A quel punto i dati ottenuti vengono analizzati e abbiamo la possibilità di ricostruire il movimento in tre dimensioni e quindi di calcolare tutti gli aspetti che caratterizzano, matematici, che caratterizzano il movimento dei feti. Quello che noi abbiamo scoperto, quindi è non solo che a livello individuale i feti pianificano il movimento a seconda dell’obiettivo, ma che anche si muovono in maniera diversa a seconda che debbano appunto muoversi in maniera individuale, oppure che debbano interagire con, in questo caso, l'altro feto all'interno del grembo materno". Cosa significa in maniera diversa? "Significa che, per esempio, se devono accarezzare il gemello ecco allora che il movimento verso il gemello è molto più accurato e molto più lento rispetto ad un movimento simile eseguito verso se stessi o verso altre parti, diciamo, del grembo materno - chiarisce il professor Castiello - e questo lo abbiamo notato molto precocemente perché parliamo di un periodo di gestazione di 13 settimane, quindi significa che già a tredici settimane di gestazione il feto sa che si sta muovendo verso l'altro e che quindi deve muoversi in una maniera tale da non, in qualche modo, infierire sul gemello. Questo chiaramente apre degli scenari anche a livello teorico molto importanti, perché ci dice appunto che il cervello sociale, quindi la capacità di programmare un movimento verso un’altra persona e di programmarlo con una firma cinematica specifica è già presente in un organismo, in questo caso un feto di 13 settimane. Quindi chiaramente la possibilità è che questo tipo di comportamento prosociale sia già presente a livello genetico, faccia già parte del corredo genetico del feto, ma sono tutte teorie che devono ancora essere testate. Quello che noi abbiamo fornito è un'evidenza comportamentale, quindi uno studio estremamente accurato e preciso che evidenzia che già a 13 settimane il feto manifesta differenze nella programmazione del movimento a seconda che questo venga eseguito con un'intenzione individuale o con un’intenzione sociale.

Ma cosa succede dopo la nascita? L'aspetto che può risultare sorprendente è che questa capacità di programmare il movimento in maniera differenziata a seconda che l'intenzione sia individuale o sociale viene meno una volta che il neonato è uscito dal grembo materno. Il docente dell'università di Padova ci aiuta a far chiarezza sul motivo: "una volta usciti da un ambiente privo di gravità come era appunto il grembo materno, i neonati si trovano in un sistema di riferimento completamente diverso. Quello che succede è che di fatto tutto quello che hanno imparato all'interno del grembo materno viene perso e quindi non c'è memoria motoria di quello che avveniva durante la gestazione: per cui quello che notiamo è che i neonati, per esempio, non sono assolutamente in grado di pianificare un movimento a seconda dell'obiettivo da raggiungere e quindi di far assumere alle loro parti del corpo, parliamo per esempio di mano o braccia, una coreografia durante il movimento che si differenzi a seconda, per esempio, dell'oggetto che devono prendere o a seconda del tipo di di scopo che vogliono raggiungere afferrando quell'oggetto. Il movimento è solitamente un movimento unico di tipo palmare, molto primitivo, della mano e ci vogliono circa 52 settimane  - conclude il professor Castiello - per far sì che, durante lo sviluppo, il neonato riesca a iniziare una programmazione specifica che rifletta appunto l'oggetto da afferrare o lo scopo da raggiungere o il tipo di interazione che vuole intrattenere con l'oggetto, se individuale o sociale.