Advancing Child Neurodevelopment Through Digital and Innovative Interventions [Promuovere il Neurosviluppo Attraverso Interventi Digitali e Innovativi]

Preterm birth and rare neurological disorders represent significant challenges for child development, often associated with motor, cognitive, and psychosocial impairments, that affect quality of life and access to appropriate care. In this context, this doctoral thesis aims to investigate how digital tools and innovative methodologies can enhance the assessment, intervention, and monitoring of vulnerable paediatric populations, presenting a multidisciplinary exploration of novel strategies designed to improve neurodevelopmental outcomes in diverse contexts. The thesis is divided into five thematic parts. Part I explores innovative and digital approaches in paediatric neurorehabilitation, including systematic reviews on motor imagery, videogames, and exergames as means to support motor and cognitive recovery through engaging, child-friendly interventions. Part II addresses the determinants of digital technology adoption using the UTAUT-2 model, with studies on teachers’ acceptance of language apps for children with autism and future professionals’ intentions to use educational videogames in diverse professional practices. Part III introduces and validates the ɸ-Bonacci Gait Number, a novel wearable-sensor-based index for gait analysis. The metric was applied to differentiate typical and atypical locomotor patterns in individuals with cerebellar ataxia, rhythmic gymnasts, and healthy controls, offering a promising tool for objective assessment across clinical and elite sports domains. Part IV evaluates both neurological and psychological outcomes of innovative therapeutic strategies for paediatric epilepsy. It includes a systematic review on advancement of neurosurgical interventions in polymicrogyria and a 42-month follow-up of the ICISS trial investigating pharmacological therapies for infantile spasms, focusing on developmental and cognitive impacts. Part V focuses on future applications currently under investigation. It includes a prototype of a web-based tool designed to support caregivers and educators in monitoring neurodevelopmental milestones, as well as two structured research protocols: one exploring the use of socially assistive robotics for neuropsychological screening, and another proposing a telemedicine-based model for administering cognitive assessments in children with Ataxia-Telangiectasia. Grounded in systematic reviews, empirical data, and original protocol development, this research highlights the potential of technology-driven solutions to expand access, personalise care, and improve developmental outcomes. It contributes to the advancement of child-centred, evidence-informed neurodevelopmental practices that address the complex needs of children with neurological vulnerabilities.

Le nascite pretermine e i disturbi neurologici rari rappresentano sfide significative per il neurosviluppo, spesso associate a compromissioni motorie, cognitive e psicosociali che incidono sulla qualità della vita e sull’accesso a cure adeguate. In questo contesto, la presente tesi di dottorato si propone di indagare come strumenti digitali e metodologie innovative possano migliorare la valutazione, l’intervento e il monitoraggio di popolazioni pediatriche vulnerabili, attraverso un’esplorazione multidisciplinare di strategie volte a ottimizzare gli esiti neuroevolutivi in contesti diversi. La tesi è articolata in cinque sezioni. La Parte I esplora approcci innovativi e digitali nella neuroriabilitazione pediatrica, includendo revisioni sistematiche sull’uso dell’immaginazione motoria e dei videogiochi come strategie per supportare il recupero motorio e cognitivo attraverso interventi coinvolgenti e adatti all’età pediatrica. La Parte II affronta i fattori che influenzano l’adozione delle tecnologie digitali, applicando il modello UTAUT-2 in studi sull’accettazione delle app per il linguaggio da parte di insegnanti di bambini con autismo e sull’intenzione di futuri professionisti di utilizzare videogiochi educativi in diversi contesti lavorativi. La Parte III introduce e valida l’indice di ɸ-Bonacci, un nuovo indice matematico per l’analisi del cammino basato su sensori indossabili. L’indice è stato applicato per distinguere pattern locomotori tipici e atipici in persone con atassia cerebellare, ginnaste ritmiche e controlli sani, proponendosi come strumento promettente per la valutazione oggettiva in ambito clinico e sportivo. La Parte IV valuta gli esiti sia neurologici sia psicologici di strategie terapeutiche innovative per l’epilessia pediatrica. Comprende una revisione sistematica sugli avanzamenti neurochirurgici nella polimicrogiria e un follow-up a 42 mesi dello studio ICISS sulle terapie farmacologiche per gli spasmi infantili, con attenzione agli impatti sullo sviluppo e sulle funzioni neuropsicologiche. La Parte V si concentra su applicazioni future attualmente in fase di sperimentazione. Comprende un prototipo di app per supportare caregiver e insegnanti nel monitoraggio delle tappe del neurosviluppo e due protocolli di studio: uno sull’utilizzo della robotica assistiva sociale per lo screening neuropsicologico, e un altro su un modello di telemedicina per la valutazione cognitiva di bambini con Atassia-Teleangectasia. Fondata su revisioni sistematiche, dati empirici e sviluppo di protocolli originali, questa ricerca evidenzia il potenziale di strategie tecnologiche e innovative nel favorire l’accesso alle cure, la personalizzazione degli interventi e nel supportare il neurosviluppo, contribuendo all’avanzamento di pratiche centrate sul bambino, basate su evidenze scientifiche e orientate a rispondere ai bisogni complessi di bambini e adolescenti con vulnerabilità neurologiche.