Alai

Introduction

La micrographie est fréquente dans la maladie de Parkinson (MP) et peut précéder d’autres symptômes (1, 2). Kinnear Wilson (3), avait proposé une subdivision en micrographie constante, où la taille des lettres est réduite du même degré sur plusieurs répétitions, et en micrographie progressive (PMG), avec décrémentation de la taille des lettres. Bien que seule une minorité de publications ultérieures aient souligné cette distinction (4), une étude récente a suggéré que les deux types de micrographie parkinsonienne présentent des schémas différents d’activation du système moteur sur les scanners d’IRM fonctionnelle (5).

Des éléments de bradykinésie – lenteur, amplitude de mouvement réduite, perte de rythmicité et décrémentation de l’action répétée – semblent contribuer à la difficulté d’écriture manuscrite dans la MP. Pourtant, cette relation n’est pas directe, et la micrographie peut être présente en l’absence de bradykinésie détectable (6). Le décrément moteur de la bradykinésie typique peut être analogue au décrément de la PMG. Une micrographie constante, en revanche, suggère une hypokinésie plus pure, telle qu’on l’observe parfois dans la paralysie supranucléaire progressive (7). Strictement parlant, une micrographie cohérente nécessite l’inspection de la calligraphie pré-morbide pour vérifier la réduction de la taille de l’écriture. Pour surmonter cette limitation, Kim et al. (8) ont proposé une méthode basée sur la comparaison avec la taille moyenne de l’écriture obtenue chez des sujets témoins appariés par l’âge et le sexe. Classés de cette façon, certains patients atteints de la MP présentent des déficits d’écriture à la fois constants et progressifs (5).

Les tablettes graphiques informatisées permettent d’étudier les caractéristiques dimensionnelles et cinématiques de l’écriture manuscrite ainsi que la pression du stylo. Cette technologie permet d’identifier les patients atteints de MP à un stade précoce de l’évolution de la maladie et de suivre sa progression (9, 10). Il a été démontré que la taille du trait, la vitesse et l’accélération maximale sont altérées dans la MP (11, 12), et que les caractéristiques cinématiques sont plus sensibles que la taille pour détecter la MP précoce (13).

Il a également été démontré que la micrographie progressive varie selon la tâche d’écriture (4, 8, 14). Une étude des traits d’écriture successifs par des méthodes informatisées n’a pas trouvé de changement de taille mais a vu une augmentation de la durée des traits dans la MP (15). En utilisant une tablette numérique plus avancée, Van Gemmert et al. (11) ont constaté que la taille des traits diminue alors que la durée des traits reste inchangée.

La définition de la micrographie constante étant quelque peu problématique, nous avons plutôt choisi de nous concentrer sur la présence ou l’absence de PMG. Contrairement aux études précédentes qui se basaient sur l’écart-type de la taille des lettres de contrôle pour déterminer la PMG, nous avons opté pour une définition absolue. Nous avons choisi une diminution de 10 %, basée sur le plus petit changement dans l’écriture qui pouvait être facilement discerné à l’œil, et respectant le principe de Kinnear Wilson selon lequel la micrographie est  » une réduction évidente de la taille des lettres  » (3). Des études antérieures ont montré qu’il y a une variabilité significative dans la taille de l’écriture libre de personnes en bonne santé (16). Cette variabilité dépend d’un certain nombre de facteurs tels que l’âge, le niveau d’éducation et la langue maternelle. Un défaut inhérent à l’utilisation de l’écart-type des participants témoins pour identifier la PMG dans la MP est le manque de comparabilité d’une étude à l’autre. Bien que cela soit moins important lorsque les compétences linguistiques et les données démographiques des participants sont similaires, cette limite augmente avec une cohorte multiculturelle, surtout lorsqu’il s’agit de faire des comparaisons entre des cultures d’écriture. Au moyen d’une étude informatisée des mouvements du stylo chez des sujets atteints de la maladie de Parkinson, nous avons étudié les caractéristiques cinématiques de la PMG et la mesure dans laquelle elle reflète la bradykinésie parkinsonienne et son phénomène de décrément moteur.

La prémisse de cette étude était que la PMG est un aspect important de la dysgraphie parkinsonienne et que les résultats cinématiques devraient distinguer les patients atteints de la maladie de Parkinson avec et sans ce déficit d’écriture. En outre, nous avons émis l’hypothèse que la PMG et le décrément moteur de la bradykinésie parkinsonienne sont des phénomènes moteurs étroitement liés.

Matériel et méthodes

Participants

Vingt-quatre patients ayant reçu un diagnostic de MP au cours des dix dernières années ont été recrutés à la clinique des troubles du mouvement du Monash Medical Center. Tous répondaient aux critères de la Queen Square Brain Bank pour la MP idiopathique (17). La présence d’une étape clinique avancée de la maladie – hallucinations visuelles, chutes fréquentes, déficience cognitive, besoin de soins en institution – était un critère d’exclusion (18). La fonction motrice a été évaluée par un neurologue dans un état de repos défini de manière pratique (arrêt de la médication antiparkinsonienne pendant au moins 12 heures) sur l’échelle unifiée d’évaluation de la maladie de Parkinson, partie III (UPDRS-III) (19). Les sous-scores du membre supérieur dominant pour le tapotement des doigts, les mouvements de la main et la pronation-supination ont permis d’évaluer le degré de bradykinésie de la main qui écrit. Vingt-quatre témoins sains appariés en âge ont été recrutés dans divers villages de retraités. Les détails démographiques de tous les participants sont présentés dans le tableau 1. L’étude a été menée conformément à la Déclaration d’Helsinki sur l’expérimentation humaine (révisée en 2004) et approuvée par les comités d’éthique de la recherche humaine de Monash Health et de l’Université RMIT. Tous les participants à cette étude ont donné leur consentement éclairé écrit avant l’enregistrement des données.

Méthodes expérimentales

Une tablette numérique (Wacom Intuos Pro-Large) a été utilisée pour les expériences. La tablette a capturé les coordonnées x-y et la pression du stylo à encre sur sa surface à une fréquence d’échantillonnage de 133 Hz, qui a été horodatée. Ce dispositif a été choisi sur la base des commentaires des participants à une étude précédente, qui préféraient sa taille A3 et la sensation d’un stylo et d’un papier classiques. Les lettres ont été écrites sur du papier, qui était fixé à la tablette. La position de la tablette était ajustée pour chaque participant, qui était assis devant un bureau réglable. Un logiciel personnalisé a été utilisé pour enregistrer les données de la tablette et effectuer une analyse hors ligne.

Tâches d’écriture manuscrite

Les participants devaient écrire la lettre e de manière répétée, en relevant le stylo à la fin de chaque lettre (voir figure 1). Une fois les 20 répétitions dépassées, un chercheur donnait l’instruction d’arrêter d’écrire. Des protocoles similaires ont été utilisés précédemment pour étudier la micrographie (8, 15, 20).

Calcul des paramètres

Les données d’écriture consistaient en quatre colonnes correspondant à l’horodatage (t), x, y et la pression de la pointe du stylo (p). Ces données ont d’abord été segmentées afin d’identifier les lettres individuelles en fonction de la levée et de la descente du stylo obtenues à partir des données de pression de la pointe du stylo. Les segments de longueur < 5 mm ont été considérés comme du bruit et n’ont pas été pris en compte. Les résultats ont été inspectés pour confirmer la segmentation.

Nous avons calculé la taille des caractères par deux méthodes. La zone des lettres quadrilatérales avait été employée dans des études précédentes sur les caractères chinois (5, 14). En raison de la différence entre les deux écritures, les caractères chinois ayant une forme carrée constituée de plusieurs traits de plume alors que le caractère e de l’alphabet romain a une forme arrondie d’un seul trait, nous avons calculé la longueur du trait de chaque caractère (Si) comme notre principale mesure de la taille du caractère (21). La longueur du trait était basée sur la distance euclidienne où m indique le nombre de points obtenus à partir du moment où le stylo touche la surface jusqu’à ce qu’il quitte la surface et i est le nombre total de caractères (Figure 1) :

Le premier et le dernier ensemble de 5 caractères e écrits par chaque participant ont été comparés (voir Figure 1). Les sujets PD présentant une réduction de >10% de la longueur moyenne du trait des lettres ont été étiquetés comme PD_pmg, les autres comme PD_o. La mesure du changement relatif de la taille de l’écriture manuscrite de l’individu a permis de s’assurer que les variations inter-participants n’affectent pas les résultats. La micrographie cohérente a été définie comme une taille moyenne des lettres inférieure à deux écarts-types des contrôles, comme proposé par Kim et al. (8).

La sélection des caractéristiques cinématiques était basée sur des travaux publiés précédemment. En plus de la vitesse et de la pression de la pointe du stylo, l’accélération dans les directions x et y a été calculée (22, 23). Une étude pilote a été menée et il a été observé que la pression à l’extrémité du stylo se stabilisait dans <3 échantillons, ou correspondant à <5%. Comme la pression à l’extrémité du stylo enregistrée par la tablette numérique Wacom est sans unité, nous avons calibré le dispositif pour obtenir des forces équivalentes en Newton (N). La pression normalisée à l’extrémité du stylo de chaque participant a été calculée à l’aide de la formule (PAvg – Pmin)/(Pmax – Pmin), où Pmax et Pmin sont les pressions à l’extrémité du stylo les plus élevées et les plus basses enregistrées chez tous les participants, et PAvg est la pression moyenne d’un individu.

Une corrélation linéaire a été observée entre le poids et les niveaux de pression à l’extrémité du stylo (24).

La liste complète des caractéristiques figure dans le tableau 2. Pour chaque caractéristique, les valeurs moyennes des séries initiale et finale de 5 caractères e ont été obtenues.

Analyse statistique

Un test t d’échantillon indépendant, un test du chi carré à deux intervalles et un test U de Mann Whitney ont été effectués pour comparer diverses caractéristiques démographiques. Sur la base du test de Shapiro-Wilk, un test de rang signé de Wilcoxon non paramétrique a été réalisé pour analyser la différence entre les valeurs initiales et finales de la taille et des autres caractéristiques cinématiques pour chaque groupe séparément. Les trois groupes ont été comparés en utilisant le test de Kruskal-Wallis sans distribution avec le test post-hoc (25). L’analyse du coefficient de corrélation de rang de Spearman a été effectuée pour étudier la relation entre les scores UPDRS-III et les caractéristiques cinématiques.

Dans la conception de cette recherche, la taille de l’échantillon de 24 dans chaque groupe a été déterminée par le calcul de puissance effectué à l’aide d’un calculateur de puissance et de taille d’échantillon en ligne (26). Ceci était basé sur la puissance statistique de 0,8 avec un intervalle de confiance de 95%, l’hypothèse nulle étant l’existence d’une différence moyenne entre les groupes.

Résultats

Sixteen des 24 sujets PD ont été classés comme PD_pmg par une réduction de 10% de la longueur du trait entre la première et la dernière lettre. Quatre sujets témoins répondaient également à la définition de PMG, bien que leurs mesures cinématiques aient montré une faible différence, sans signification statistique, par rapport au reste du groupe témoin. L’analyse statistique des caractéristiques démographiques n’a montré aucune différence significative entre les groupes PD_pmg et PD_o (tableau 3).

Selon la longueur du trait, 4 des 24 participants PD se sont avérés avoir une micrographie cohérente, bien que 3 d’entre eux aient également présenté une PMG, ce qui ne laisse qu’un seul cas de micrographie cohérente pure. Le tableau 4 présente les valeurs médianes, la taille de l’effet r et les valeurs p de la taille, de la surface, de l’amplitude horizontale et verticale, de la pression de la pointe du stylo et des caractéristiques cinématiques pour les 5 répétitions initiales et finales appariées du caractère e. Le tableau 5 présente un résumé des tendances observées dans le tableau 4. La surface de la lettre ainsi que la longueur du trait ont montré une diminution de la série initiale à la série finale du e dans le groupe PD_pmg avec une taille d’effet importante (r = 0,62) (27, 28). Il y a eu une réduction de l’amplitude verticale pour les 3 groupes (p < 0,05) pendant la durée de la tâche, cet effet était le plus significatif (p < 0,001) chez les sujets PD avec PMG. L’amplitude horizontale médiane était préservée chez les sujets PD et en fait augmentée chez les témoins. Les groupes PD_o et témoin montrent une augmentation significative (p < 0,05) de la série initiale à la série finale pour la vitesse du stylo et l’accélération dans la direction x avec une taille d’effet modérée à importante. Le groupe PD_pmg, en revanche, n’a montré aucune différence significative pour ces caractéristiques cinématiques au cours de la tâche. Alors que la pression de la pointe du stylo n’a pas changé de manière significative pour les groupes PD_o et témoin, le groupe PD_pmg a été incapable de maintenir la pression du stylo tout au long de l’exercice.

Pour tester la différence entre les 3 échantillons indépendants du groupe, Kruskal-Wallis avec le test post-hoc a été effectué pour les séries. Alors qu’il n’y avait pas de différence significative entre PD_pmg et PD_o, PD_pmg et les contrôles ont montré une différence significative (p < 0,05, ajusté en utilisant la correction de Bonferroni) pour toutes les caractéristiques cinématiques, sauf la pression de la pointe du stylo (p > 0,5). PD_o et les témoins ont montré une différence significative pour toutes les caractéristiques sauf la vitesse s (p = 0,064). Les valeurs de Spearman rho n’ont pas révélé de corrélation significative entre les scores UPDRS-III et les caractéristiques cinématiques chez les sujets PD.

Discussion

L’écriture manuscrite est une habileté motrice apprise, qui nécessite un mouvement coordonné des doigts, du poignet et du bras. Elle peut être altérée à un stade précoce de la MP, et constitue un bon modèle à partir duquel analyser les effets de la maladie des ganglions de la base sur la planification et l’exécution d’actions habituelles. Dans l’écriture cursive, le rôle principal du pouce, de l’index et du majeur consiste à tracer des traits de plume verticaux, tandis que la flexion et l’extension du poignet génèrent de petits mouvements latéraux (2). Lorsque l’écriture progresse de gauche à droite sur une surface d’écriture, l’implication du poignet et du coude augmente (22). Ces différents schémas d’activation musculaire produisent des changements progressifs dans l’écriture linéaire normale. Notre groupe témoin a conservé la taille et la surface globales des lettres ; l’amplitude horizontale a augmenté sur une ligne tandis que l’amplitude verticale a diminué, peut-être en raison de la fatigue des petits muscles contrôlant le mouvement des doigts. La vitesse d’écriture a augmenté dans le sens horizontal mais pas dans le sens vertical (29). Nous n’avons pas constaté de changements cinématiques significatifs de la première à la dernière série de lettres dans la direction verticale pour aucun des groupes. Les différences se situaient dans la direction horizontale. Les sujets du groupe témoin et du groupe PD_o ont tous deux montré une augmentation de la vitesse d’écriture et de l’accélération dans l’axe des x. Cela reflète probablement des changements dans l’activation musculaire, le mouvement du poignet et du coude entrant de plus en plus en jeu lors de l’écriture de gauche à droite. Ces augmentations ne sont pas présentes chez les 67 % de patients atteints de la MP qui présentaient une PMG.

La  » bradykinésie  » de la MP est un raccourci pour désigner les perturbations complexes de l’initiation et de l’exécution des actions et de la capacité à les maintenir (30). L’akinésie, une incapacité à initier un mouvement, et l’hypokinésie, décrivant un mouvement sous-actif, sont toutes deux liées à la bradykinésie, tout comme l’effet de séquence – des mouvements répétitifs devenant plus petits ou plus lents (31, 32). Un examen plus approfondi de nos résultats en révèle davantage sur les relations entre la bradykinésie et la PMG. Chez les PMG, la diminution de la taille de l’écriture s’est accompagnée de la diminution normale de l’amplitude verticale. Bien que ce groupe ait perdu l’augmentation cinématique horizontale normale de l’accélération lors de l’écriture de gauche à droite, la vitesse n’a pas diminué. Les mesures de pression montrent que la force d’écriture est également altérée perpendiculairement au plan d’écriture chez les PMG. Les témoins et les sujets PD_o ont maintenu la pression d’écriture tout au long de la tâche d’écriture. Les sujets PD_pmg ont montré une diminution significative de la pression du stylo entre la série de lettres initiale et finale (figure 2C). Ensemble, les mesures d’accélération et de pression réduites suggèrent que le PMG reflète une force nette mal soutenue.

Bien que la diminution de l’amplitude et de la force d’écriture dans la PMG ressemble étroitement à l’effet de séquence de la bradykinésie générale, nous n’avons trouvé aucune corrélation significative avec l’incapacité motrice parkinsonienne hors état général, ni avec les scores agrégés de bradykinésie UPDRS-III pour le bras dominant. Ces scores étaient similaires pour les sujets parkinsoniens avec et sans PMG. Une raison possible est que, bien que la micrographie et la bradykinésie soient liées, il existe des différences fondamentales liées à la tâche. Les images RM fonctionnelles décrites par Wu et al. (5) suggèrent que, outre les circuits moteurs dysfonctionnels des ganglions de la base, la PMG est associée à des déconnexions entre l’aire motrice supplémentaire rostrale, l’aire cingulaire et motrice rostrale et le cervelet.

Selon la longueur de l’attaque, 4 des 24 participants atteints de la MP se situaient en dessous de 2 écarts-types des valeurs de contrôle et remplissaient donc les critères de micrographie cohérente proposés par Kim et al. (8). Cependant, un seul de ces patients présentait un schéma purement cohérent, tandis que les 3 autres présentaient également une micrographie progressive. En utilisant la méthode de la zone de lettres quadrilatérale de Ma et al. (14), aucun de nos sujets parkinsoniens ne présentait de micrographie cohérente. Ainsi, nos résultats mettent en doute l’utilité de la subdivision de la micrographie parkinsonienne en catégories cohérente et progressive, du moins selon la définition de Kim et al. (8). Une mise en garde s’impose : nos recherches ont porté sur l’écriture romaine, alors que les caractères coréens et chinois, qui comportent plusieurs traits distincts, ont été utilisés dans les études citées. Il n’est pas clair si une définition de la micrographie cohérente basée sur des spécimens de calligraphie prémorbide serait plus efficace. Une difficulté serait l’établissement d’une taille d’écriture prémorbide « typique », puisque la taille de l’écriture chez les sujets normaux dépend elle-même de divers facteurs tels que la vitesse et l’urgence de l’écriture, l’outil d’écriture, la surface d’écriture et l’échelle du papier d’écriture, y compris les lignes réglées (33).

Nos résultats concordent avec des études antérieures selon lesquelles les mesures cinématiques de l’accélération et de la vitesse (figure 2B) sont plus lentes dans la MP par rapport aux contrôles (4, 9). Comme cela a été proposé précédemment, l’analyse cinématique informatisée de l’écriture manuscrite peut être suffisamment sensible pour détecter les premières manifestations motrices de la MP chez les sujets à risque (9). Comme la PMG n’est présente que chez deux tiers des patients parkinsoniens, la diminution de l’amplitude de l’écriture pourrait ne pas être un discriminateur précoce fiable (Figure 2A). Notre travail indique que le profil d’accélération horizontale dans l’écriture de gauche à droite et les mesures de pression du stylo sont susceptibles d’être importants pour détecter une PMG subtile lorsqu’elle est présente.

Il convient de reconnaître un certain nombre de limites de l’étude. La taille de notre échantillon est plus petite que celle utilisée dans certaines recherches antérieures sur l’écriture manuscrite, bien qu’elle ait été basée sur des calculs de puissance et se soit avérée adéquate pour révéler des différences significatives entre les groupes. Nous avons considéré que les états OFF étaient susceptibles de révéler davantage le phénomène PMG, et nous n’avons pas rapporté l’effet des médicaments à base de lévodopa. Ling et al. (7) et Wu et al. (5) n’ont pas trouvé d’améliorations significatives du décrément d’écriture dans les états ON. Nous avons utilisé le changement de taille entre les 5 lettres initiales et finales pour identifier le PMG, ce qui devait réduire la variabilité inter-expérimentale. Une autre approche, l’analyse de régression de l’ensemble de la tâche d’écriture, a été employée, de différentes manières, par d’autres chercheurs. Nous avons observé des variations dans la taille des caractères pendant l’écriture soutenue. De nombreux participants hésitaient brièvement lors de l’écriture pour ajuster la taille des lettres, ce qui entraînait plusieurs cycles de décrémentation plutôt qu’une diminution régulière et linéaire. Nous avons conclu que l’analyse de régression du décrément était moins adaptée à notre tâche d’écriture.

Nos raisons d’adopter une définition absolue plutôt que probabiliste pour le PMG sont présentées dans l’introduction. Quatre participants témoins (16,7 %) répondaient également à la définition de la PMG. Cela correspond à des recherches récentes sur des sujets âgés en bonne santé et ne doit pas être considéré comme une preuve que notre critère de PMG n’était pas suffisamment rigoureux. Parmi 185 personnes dont l’âge moyen était légèrement inférieur à celui de notre groupe de contrôle, 21 % présentaient une lenteur des mouvements répétitifs des doigts et 18 % répondaient à la définition du parkinsonisme léger (34). Les tâches à caractère unique, la copie de mots et l’écriture libre ont toutes été utilisées auparavant pour étudier le PMG. Nous avons privilégié une tâche à un seul caractère car elle offrait la meilleure standardisation pour les comparaisons cinématiques et réduisait les facteurs aggravants tels que la charge cognitive, dont il a été démontré qu’elle affectait la cinématique de l’écriture (35, 36). La lettre e est bien adaptée à la différenciation des mouvements horizontaux et verticaux. La vitesse moyenne du stylo était un peu plus lente que dans certaines études précédentes, mais comparable à d’autres (37). La plupart des participants ont adopté un style d’écriture cursive, mais on leur a demandé de séparer les lettres plutôt que de les joindre. Un degré de délibération peut avoir affecté la vitesse d’écriture.

Les études précédentes sur le PMG se sont largement concentrées sur les aspects dimensionnels de l’écriture, et notre analyse cinématique apporte de nouvelles connaissances sur ses caractéristiques dynamiques. Nous ajoutons à la compréhension de l’interaction entre la « micrographie horizontale » et le changement progressif (38). Une recherche récente de Tinaz et al. (39), utilisant une prise de main isométrique répétitive, a associé l’effet de séquence dans la MP à une déficience énergétique motrice. Nos résultats sur les déficits de force et d’accélération dans la PMG suggèrent un problème similaire avec le transfert d’énergie dans le mouvement musculaire et la contraction soutenue. Malgré l’absence de corrélations avec les scores UPDRS-III, le décrément moteur bradykinétique et le PMG semblent refléter un défaut commun avec l’efficacité énergétique des programmes moteurs.

Déclaration d’éthique

L’étude a été menée conformément à la Déclaration d’Helsinki sur les expériences humaines (révisée en 2004) et approuvée par les comités d’éthique de la recherche humaine de Monash Health et de l’Université RMIT. Tous les participants à cette étude ont donné leur consentement éclairé écrit avant l’enregistrement des données.

Contributions des auteurs

PZ a participé à la réalisation des expériences, à l’analyse des données, à la rédaction de l’article, à la conception et au développement du logiciel, à la sélection des outils d’analyse et à la revue de la littérature. DK a participé au concept et à la conception du travail, à la sélection des outils analytiques, à la révision critique de l’article, à la revue de la littérature, a participé à la préparation du manuscrit et à l’approbation finale de la version à publier. PK a participé au soutien clinique, à la révision critique de l’article et à la préparation du manuscrit. SP a participé à l’analyse statistique et à la révision de l’article. KW et KN ont participé au soutien expérimental. SR a participé au soutien clinique, à l’accès aux données des patients et à la conception de l’expérience. Tous les auteurs ont participé à la révision du manuscrit.

Financement

Nous reconnaissons le financement soutenu par la bourse de l’Université RMIT et le soutien clinique du Monash Medical Center, Melbourne, Australie.

Déclaration de conflit d’intérêts

Les auteurs déclarent que la recherche a été menée en l’absence de toute relation commerciale ou financière qui pourrait être interprétée comme un conflit d’intérêts potentiel.

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