Aumento de la automaticidad de la marcha en adultos mayores mediante la explotación de la adaptación locomotora

Las restricciones en la movilidad comunitaria, la capacidad de moverse fuera del hogar, son comunes en edades más avanzadas y contribuyen a la discapacidad, la institucionalización y la mala calidad de vida. La movilidad comunitaria exitosa requiere una integración rápida de la información tanto externa (p. calidad de la superficie, distancias) e internas (p. fatiga, dolor) al individuo. En condiciones normales, la integración de estas entradas ocurre en redes subcortical-frontales (p. ej., ganglios basales y cerebelo a la corteza motora primaria) y favorece el control motor automático con pocas demandas en las redes relacionadas con la atención que residen principalmente en la corteza prefrontal (PFC) . A medida que disminuye la automaticidad de la marcha en los adultos mayores6, aumenta la activación de la PFC durante las tareas de caminar. La falta de automaticidad de la marcha puede interferir con la movilidad de la comunidad, ya que el PFC ya no es libre de procesar otra información para navegar en los entornos de la comunidad. Otro contribuyente potencial a la movilidad comunitaria reducida es la adaptación locomotora disminuida. Específicamente, los adultos mayores son más lentos para ajustar sus movimientos mientras interactúan con un nuevo entorno y tienen más dificultad para cambiar los patrones motores cuando hacen la transición a través de distintas condiciones para caminar. Esta dificultad para cambiar los patrones motores está relacionada con la capacidad de cambio cognitivo, que depende de procesos subcorticales-frontales similares que subyacen al control motor. Si bien la adaptación locomotora se reduce en el envejecimiento normal, los datos de nuestro laboratorio indican que los adultos mayores mantienen la plasticidad y pueden mejorar la adaptación locomotora. Nuestra hipótesis central es que la capacidad de mejorar la adaptación locomotora es mayor en aquellos con mayor automatismo de la marcha y mayor integridad de las conexiones prefrontal-subcorticales.

El grado de automaticidad de la marcha se puede probar aumentando la carga cognitiva durante la marcha (p. ej., completando una tarea cognitiva mientras se camina) y midiendo la respuesta PFC relacionada. Pequeños cambios en la actividad de PFC y el rendimiento motor en respuesta a la carga cognitiva impuesta indican una automaticidad de la marcha intacta. Por el contrario, un gran cambio en la actividad de PFC para mantener el rendimiento motor con la adición de una carga cognitiva indica una disminución de la automaticidad de la marcha. La adaptabilidad locomotora se puede medir manipulando el contexto de la marcha en una cinta rodante de cinta dividida donde las piernas se mueven a diferentes velocidades. Se puede medir la tasa de adaptación al entorno de cinturón dividido, así como la capacidad de cambiar los patrones motores del cinturón dividido a caminar sobre el suelo. Datos prometedores de nuestros laboratorios (n=8) indican que los participantes mayores mejoran la adaptación locomotora después de experimentar múltiples transiciones entre la condición dividida (relación de velocidad de los cinturones 2:1) y la marcha normal (relación de velocidades de los cinturones 1:1). Sin embargo, no se conocen ni los mecanismos subyacentes ni la relevancia clínica de tales mejoras.

Los investigadores probarán lo siguiente: 1) el grado de mejora de la adaptación locomotora en personas de 65 años o más; 2) la asociación entre la automaticidad inicial de la marcha (es decir, menos actividad de la PFC al caminar con una carga cognitiva) y la función prefrontal-subcortical (medida mediante pruebas neuropsicológicas); y 3) si las mejoras en la adaptabilidad locomotora dan como resultado mejoras en la Evaluación de la Marcha Funcional (FGA), un indicador clínicamente relevante del equilibrio dinámico y la movilidad en adultos mayores. Para responder a estas preguntas, los investigadores combinarán técnicas innovadoras de múltiples laboratorios de la Universidad de Pittsburgh. Control automático de motores (Dr. La experiencia de Rosso) se evaluará mediante espectroscopía de infrarrojo cercano funcional inalámbrica (fNIRS) del PFC durante condiciones difíciles para caminar (caminar sobre una superficie irregular y caminar mientras se recitan las letras alternas del alfabeto). fNIRS permite la evaluación en tiempo real de la actividad cortical mientras un participante está de pie y en movimiento a través de mediciones basadas en la luz de los cambios en la hemoglobina oxigenada y desoxigenada. Adaptación locomotora (Dr. La experiencia de Torres-Oviedo) se evaluará con un protocolo de caminata con cinturón dividido (es decir, piernas que se mueven a diferentes velocidades) que los investigadores y otros han usado para cuantificar de manera sólida la capacidad de adaptación motora en personas mayores y han demostrado depender del cerebelo y basal. función de los ganglios. Los investigadores se centrarán en dos aspectos importantes de la adaptación locomotora que los investigadores han cuantificado antes: (Objetivo 1) la velocidad a la que los individuos se adaptan al nuevo entorno de marcha (dividido) y (Objetivo 2) la capacidad de transición entre distintos patrones de marcha (es decir, el cinturón dividido y los patrones de caminar sobre el suelo), definidos como cambio de motor. La tasa de adaptación y el cambio de motor se cuantifican utilizando la asimetría de la longitud del paso, que es la diferencia entre la longitud de un paso dado con una pierna frente a la otra. Los investigadores se centrarán en este parámetro de la marcha porque caracteriza sólidamente la adaptación de la marcha provocada por los protocolos de marcha con cinturón dividido. Finalmente, los investigadores cuantificarán la función cognitiva de los participantes (Dr. la experiencia de Weinstein) a través de una batería neuropsicológica sensible a la función prefrontal-subcortical. Los investigadores se centrarán principalmente en evaluar 1) la capacidad de aprendizaje que depende de las estructuras del cerebelo y 2) evaluar la función ejecutiva que depende en gran medida de la PFC y, en menor medida, de los ganglios basales.

Con estos datos, los investigadores podrán abordar los siguientes Objetivos:

Objetivo 1. Determinar la asociación entre la tasa de adaptación locomotora mejorada y 1) la automaticidad de la marcha de los individuos y 2) la función cognitiva. Hipótesis: los cambios en la tasa de adaptación serán predichos por la automaticidad de la marcha inicial y la capacidad de aprendizaje mediada por el cerebelo. Esto se basa en la evidencia de que los ajustes motores durante la marcha con cinturón dividido dependen de la función de los ganglios basales y el cerebelo.

Objetivo 2. Determinar la asociación entre la mejora del cambio locomotor y la automaticidad de la marcha y la función cognitiva de los individuos. Hipótesis: la automaticidad de la marcha inicial y el control ejecutivo predecirán mejoras en la conmutación locomotora. Esto se basa en la evidencia de que el cambio motor está directamente asociado con tareas cognitivas dependientes de los ganglios basales, como el cambio de configuración.

Objetivo 3. Determinar hasta qué punto la mejora de la adaptabilidad locomotora podría mejorar la movilidad. Hipótesis: los cambios en la adaptabilidad locomotora no serán exclusivos del contexto del laboratorio, sino que se generalizarán a otras tareas locomotoras que requieran adaptabilidad, según lo medido en la Evaluación Funcional de la Marcha.

Estos resultados proporcionarán datos preliminares sólidos para un estudio futuro para explorar estas asociaciones en una muestra más grande con medidas más completas de los contribuyentes de la movilidad, neuroimágenes para la integridad de las regiones clave del cerebro y medidas objetivas de la movilidad comunitaria. Estos resultados identificarán nuevos contribuyentes a la pérdida de movilidad comunitaria en adultos mayores y podrían identificar nuevos objetivos terapéuticos para intervenciones que mejoren la adaptación de la marcha para prevenir caídas y mejorar la independencia.