Einfluss von körperlicher Bewegung auf Neuroplastizität und sensomotorische Netzwerke bei älteren Erwachsenen (EXOPLASTIC)

Das Altern ist mit strukturellen und funktionellen Veränderungen im Zentralnervensystem verbunden, die sich negativ auf die motorische Kontrolle, die Haltungsstabilität, die Koordination der oberen Gliedmaßen und das adaptive motorische Verhalten auswirken können. Diese funktionellen Veränderungen werden teilweise auf Veränderungen der kortikalen Erregbarkeit und eine verringerte Effizienz intrakortikaler inhibitorischer und sensomotorischer Schaltkreise innerhalb des primären motorischen Kortex (M1) zurückgeführt. Solche Veränderungen können zu einem Rückgang der Neuroplastizität beitragen, die als die Fähigkeit des Gehirns definiert ist, sich als Reaktion auf interne oder externe Reize neu zu organisieren.

Neuroplastizität spielt eine entscheidende Rolle beim motorischen Lernen und bei der Anpassung und ist daher für die Aufrechterhaltung der funktionellen Autonomie bei älteren Erwachsenen unerlässlich. Die Identifizierung von Interventionen, die in der Lage sind, die Neuroplastizität mit zunehmendem Alter zu verbessern oder zu erhalten, stellt eine wichtige klinische und gesellschaftliche Herausforderung dar. Aerobes körperliches Training hat sich als vielversprechende nicht-pharmakologische Strategie erwiesen, um die kortikale Erregbarkeit zu modulieren und die Neuroplastizität zu fördern.

Das primäre Ziel dieser Studie ist es, die Wirkung einer einzelnen Sitzung mit moderatem aeroben Training auf die durch transkranielle Gleichstromstimulation (tDCS) induzierte Neuroplastizität bei älteren Erwachsenen im Vergleich zu jungen Erwachsenen zu bewerten. Das sekundäre Ziel ist es, den Einfluss von Training auf intrinsische intrakortikale Schaltkreise und sensomotorische Integrationsmechanismen innerhalb von M1 zu untersuchen.

Studiendesign:

Dies ist eine monozentrische explorative Studie, bei der jeder Teilnehmer drei experimentelle Sitzungen absolviert, die durch mindestens eine Woche getrennt sind:

Sitzung 1 und Sitzung 2 (randomisiertes Crossover-Design):

• Bedingung A: 20 Minuten moderates aerobes Training gefolgt von tDCS.
• Bedingung B: 20 Minuten sitzende Ruhe gefolgt von tDCS. Die Reihenfolge dieser beiden Bedingungen wird randomisiert. Jeder Teilnehmer dient als seine eigene Kontrolle.

Sitzung 3:

• Bewertung der Wirkung von aerobem Training allein (ohne tDCS).

Experimentelle Verfahren:

Nach schriftlicher Einwilligungserklärung durchlaufen die Teilnehmer Basisbewertungen, einschließlich Fragebögen zur Dokumentation des körperlichen Aktivitätsniveaus, der Händigkeit und des Schmerzniveaus.

Die Teilnehmer sitzen bequem, und Oberflächen-Elektromyographie (EMG)-Elektroden werden über dem Musculus abductor pollicis brevis (APB) der dominanten Hand platziert. Transkranielle Magnetstimulation (TMS) wird über M1 entsprechend der dominanten Handrepräsentation durchgeführt. Der optimale Stimulationsort (Hotspot) und die motorische Ruheschwelle (RMT) werden bestimmt.

Die kortikospinale Erregbarkeit wird mit Einzelpuls-TMS bei steigenden Intensitäten bewertet, um Input-Output (I/O)-Rekrutierungskurven zu erstellen. Motorisch evozierte Potentiale (MEPs) werden vom APB-Muskel aufgezeichnet. Eine Boltzmann-Sigmoidfunktion wird verwendet, um I/O-Kurven zu modellieren und Parameter wie Steigung, Plateau und S50 zu extrahieren. Das primäre Ergebnisziel ist die Steigung der I/O-Kurve, die den kortikospinalen Rekrutierungsgewinn widerspiegelt.

Die Neuroplastizität wird durch den Vergleich der kortikospinalen Erregbarkeit vor und nach einer 20-minütigen Sitzung mit anodaler tDCS über dem dominanten M1 (2 mA) bewertet. Veränderungen in den I/O-Kurvenparametern nach tDCS, mit oder ohne vorheriges körperliches Training, dienen als Indikatoren für induzierte Plastizität.

Intrakortikale inhibitorische und fördernde Mechanismen werden mit gepaarten Puls-TMS-Protokollen bewertet:

• Kurzintervall-Intrakortikale Inhibition (SICI)
• Intrakortikale Fazilitation (ICF)
• Langintervall-Intrakortikale Inhibition (LICI)

Die sensomotorische Integration wird mit gepaarter peripherer Nervenstimulation (Nervus medianus am Handgelenk) kombiniert mit TMS bewertet, um zu messen:

• Kurzlatente afferente Inhibition (SAI)
• Langlatente afferente Inhibition (LAI)
• Afferenten-induzierte Fazilitation (AIF) Die Ergebnisziele werden als Verhältnisse von konditionierten zu unkonditionierten MEP-Amplituden ausgedrückt.

Aerobe Trainingsintervention:

Moderates aerobes Training besteht aus 20 Minuten Radfahren auf einem Ergometer bei 60 bis 70 Umdrehungen pro Minute. Die Trainingsintensität ist individualisiert und entspricht etwa 50 % der Herzfrequenzreserve (moderate Intensität), die während der gesamten Sitzung überwacht wird.

Die geschätzte Dauer jeder experimentellen Sitzung ist wie folgt:

• Sitzung 1 (2h05): Information, Einwilligung und Fragebögen (10 Minuten), Elektrodenplatzierung (5 Minuten), Basisaufzeichnungen (35 Minuten), 20 Minuten aerobes Training oder sitzende Ruhe (randomisiert), 20 Minuten tDCS und 35 Minuten Aufzeichnungen nach der Intervention.
• Sitzung 2 (1h05): Gleiche Prozedur wie Sitzung 1 ohne Information, Einwilligung oder Fragebögen. Die Teilnehmer absolvieren die alternative Bedingung (Training oder Ruhe), gefolgt von tDCS und Aufzeichnungen nach der Intervention.
• Sitzung 3 (1h35): Vorbereitung (5 Minuten), Basisaufzeichnungen (35 Minuten), 20 Minuten aerobes Training und 35 Minuten Aufzeichnungen nach dem Training.