Zvýšení automatiky chůze u starších dospělých využitím lokomotorické adaptace

Omezení v komunitní mobilitě, možnost pohybovat se mimo domov jsou ve vyšším věku běžné a přispívají k invaliditě, institucionalizaci a špatné kvalitě života. Úspěšná komunitní mobilita vyžaduje rychlou integraci informací jak zvenčí (např. kvalita povrchu, vzdálenosti) a vnitřní (např. únava, bolest) k jednotlivci. Za normálních podmínek k integraci těchto vstupů dochází v subkortikálně-frontálních sítích (např. bazálních ganglií a mozečku k primární motorické kůře) a upřednostňuje automatické řízení motoru s malými nároky na sítě související s pozorností, které se primárně nacházejí v prefrontální kůře (PFC). . Se snižující se automatickostí chůze u starších dospělých6 se zvyšuje aktivace PFC při chůzi. Nedostatek automatickosti chůze může narušit mobilitu komunity, protože PFC již nemůže volně zpracovávat další informace pro navigaci v komunitních prostředích. Dalším potenciálním přispěvatelem ke snížené mobilitě komunity je snížená lokomoční adaptace. Konkrétně starší dospělí pomaleji přizpůsobují své pohyby při interakci s novým prostředím a mají větší potíže s přepínáním motorických vzorů při přechodu přes odlišné podmínky chůze. Tato obtíž při přepínání motorických vzorů souvisí s kognitivní přepínací schopností, která je závislá na podobných subkortikálně-frontálních procesech, které jsou základem motorické kontroly. Zatímco lokomotorická adaptace je při normálním stárnutí snížena, údaje z naší laboratoře naznačují, že starší dospělí si udržují plasticitu a mohou zlepšit lokomoční adaptaci. Naší ústřední hypotézou je, že schopnost zlepšit lokomotorickou adaptaci je větší u osob s vyšší automatickostí chůze a větší integritou prefrontálně-subkortikálních spojení.

Rozsah automatiky chůze lze testovat zvýšením kognitivní zátěže během chůze (např. dokončením kognitivního úkolu při chůzi) a měřením související PFC reakce. Malé změny v aktivitě PFC a motorické výkonnosti v reakci na uloženou kognitivní zátěž indikují intaktní automatickou chůzi. Naopak velká změna v aktivitě PFC k udržení motorického výkonu s přidáním kognitivní zátěže ukazuje na sníženou automatiku chůze. Lokomoční adaptabilita může být měřena manipulací s kontextem chůze na běžeckém pásu s děleným pásem, kde se nohy pohybují různými rychlostmi. Lze měřit míru adaptace na prostředí děleného pásu a také schopnost přepínat motorické vzorce z děleného pásu na chůzi nad zemí. Slibná data z našich laboratoří (n=8) naznačují, že starší účastníci zlepšují lokomotorickou adaptaci poté, co zažili více přechodů mezi rozděleným stavem (poměr rychlosti pásů 2:1) a pravidelnou chůzí (poměr rychlosti pásů 1:1). Nejsou však známy ani základní mechanismy, ani klinický význam takových zlepšení.

Výzkumníci budou testovat následující: 1) rozsah zlepšení lokomotorické adaptace u jedinců ve věku 65 let a starších; 2) souvislost mezi počáteční automatickou chůzí (tj. menší aktivitou PFC při chůzi s kognitivní zátěží) a prefrontálně-subkortikální funkcí (měřeno pomocí neuropsychologického testování); a 3) zda zlepšení lokomotorické adaptability vede ke zlepšení funkčního hodnocení chůze (FGA), klinicky relevantního ukazatele dynamické rovnováhy a mobility u starších dospělých. K zodpovězení těchto otázek budou vyšetřovatelé kombinovat inovativní techniky z několika laboratoří na University of Pittsburgh. Automatické řízení motoru (Dr. Rossoova odbornost) bude posouzena pomocí bezdrátové funkční blízké infračervené spektroskopie (fNIRS) PFC během náročných podmínek chůze (chůze po nerovném povrchu a chůze při odříkávání každého druhého písmene abecedy). fNIRS umožňuje hodnocení kortikální aktivity v reálném čase, když je účastník ve vzpřímené poloze a pohybuje se prostřednictvím světelných měření změn v okysličeném a odkysličeném hemoglobinu. Pohybová adaptace (Dr. Odbornost Torres-Oviedo) bude vyhodnocena pomocí protokolu chůze s rozděleným pásem (tj. pohyb nohou různými rychlostmi), který výzkumníci a další použili k robustní kvantifikaci schopnosti adaptace motoru u starších jedinců a prokázali, že je závislý na cerebelární a bazální funkce ganglií. Výzkumníci se zaměří na dva důležité aspekty lokomotorické adaptace, které vědci kvantifikovali již dříve: (Cíl 1) rychlost, s jakou se jedinci přizpůsobují novému (rozdělenému) prostředí pro chůzi a (Cíl 2) schopnost přecházet mezi odlišnými vzory chůze (tj. dělený pás a nadzemní vzory chůze), definované jako spínání motoru. Rychlost adaptace a přepínání motoru jsou kvantifikovány pomocí asymetrie délky kroku, což je rozdíl mezi délkou kroku jednou nohou a druhou nohou. Výzkumníci se zaměří na tento parametr chůze, protože robustně charakterizuje adaptaci chůze vyvolanou protokoly chůze s rozděleným pásem. Nakonec vyšetřovatelé kvantifikují kognitivní funkce účastníka (Dr. Weinsteinova odbornost) prostřednictvím neuropsychologické baterie citlivé na prefrontální-subkortikální funkci. Vyšetřovatelé se zaměří především na hodnocení 1) kapacity učení závislé na cerebelárních strukturách a 2) hodnocení exekutivní funkce silně závislé na PFC a v menší míře na bazální ganglia.

S těmito údaji budou vyšetřovatelé schopni řešit následující cíle:

Cíl 1. Určit souvislost mezi zlepšenou mírou lokomotorické adaptace a 1) automatickou chůzí jedinců a 2) kognitivními funkcemi. Hypotéza: změny v rychlosti adaptace budou predikovány počáteční automatickou chůzí a kapacitou učení zprostředkovanou mozečkem. To je založeno na důkazech, že motorické úpravy během chůze s děleným pásem závisí na bazálních gangliích a cerebelární funkci.

Cíl 2. Určit souvislost mezi zlepšeným lokomotorickým přepínáním a automatickou chůzí jednotlivců a kognitivními funkcemi. Hypotéza: počáteční automatická chůze a výkonná kontrola budou předpovídat zlepšení lokomočního přepínání. To je založeno na důkazech, že přepínání motorů je přímo spojeno s kognitivními úkoly závislými na bazálních gangliích, jako je posun množin.

Cíl 3. Určit, do jaké míry by zlepšená lokomotorická adaptabilita mohla zlepšit mobilitu. Hypotéza: změny v lokomotorické adaptabilitě se nebudou týkat pouze laboratorního kontextu, ale zobecní se na další lokomotorické úkoly, které vyžadují adaptabilitu, jak bylo měřeno v rámci funkčního hodnocení chůze.

Tyto výsledky poskytnou silná předběžná data pro budoucí studii, která prozkoumá tyto asociace na větším vzorku s komplexnějšími měřeními přispěvatelů mobility, neuroimagingem pro integritu klíčových oblastí mozku a objektivními měřeními mobility komunity. Tyto výsledky budou identifikovat nové přispěvatele ke ztrátě mobility komunity u starších dospělých a mohly by identifikovat nové terapeutické cíle pro intervence, které zlepšují adaptaci chůze, aby se zabránilo pádům a posílily nezávislost.