Lisätään ikääntyneiden aikuisten kävelyn automatisointia hyödyntämällä liikkumismukavuutta

Yhteisön liikkuvuuden rajoitukset, mahdollisuus liikkua kodin ulkopuolella ovat yleisiä vanhemmalla iällä ja vaikuttavat vammaisuuteen, laitostumiseen ja huonoon elämänlaatuun. Onnistunut yhteisön liikkuvuus edellyttää nopeaa tiedon integrointia sekä ulkopuolelta (esim. pinnan laatu, etäisyydet) ja sisäinen (esim. väsymys, kipu) yksilölle. Normaaleissa olosuhteissa näiden syötteiden integroituminen tapahtuu subkortikaali-frontaaliverkoissa (esim. tyviganglioissa ja pikkuaivoissa ensisijaiseen motoriseen aivokuoreen) ja suosii automaattista moottorin ohjausta vähäisin vaatimuksin huomioimiseen liittyviltä verkoilta, jotka sijaitsevat ensisijaisesti prefrontaalisessa aivokuoressa (PFC). . Kun kävelyn automaattisuus heikkenee vanhemmilla aikuisilla6, PFC:n aktivointi kävelytehtävien aikana lisääntyy. Kävelyautomaattisuuden puute voi häiritä yhteisön liikkuvuutta, koska PFC ei voi enää vapaasti käsitellä muita tietoja yhteisön ympäristöissä navigointia varten. Toinen mahdollinen yhteisön liikkuvuuden heikkenemisen aiheuttaja on heikentynyt liikuntasopeutuminen. Erityisesti vanhemmat aikuiset sopeutuvat hitaammin liikkeisiinsä ollessaan vuorovaikutuksessa uudessa ympäristössä, ja heidän on vaikeampi vaihtaa motorisia kuvioita siirtyessään erilaisiin kävelyolosuhteisiin. Tämä vaikeus motoristen kuvioiden vaihtamisessa liittyy kognitiiviseen vaihtokykyyn, joka on riippuvainen samankaltaisista subkortikaali-frontaaliprosesseista, jotka ovat motorisen ohjauksen taustalla. Vaikka liikuntasopeutuminen heikkenee normaalissa ikääntymisessä, laboratoriomme tiedot osoittavat, että vanhemmat aikuiset säilyttävät plastisuuden ja voivat parantaa liikkumismukavuutta. Keskeinen hypoteesimme on, että kyky parantaa lokomotorista sopeutumista on suurempi niillä, joilla on korkeampi kävelyautomaatio ja suurempi prefrontaali-subkortikaalisten yhteyksien eheys.

Kävelyn automaattisuuden laajuutta voidaan testata lisäämällä kognitiivista kuormitusta kävelyn aikana (esim. suorittamalla kognitiivinen tehtävä kävellessä) ja mittaamalla siihen liittyvää PFC-vastetta. Pienet muutokset PFC-aktiivisuudessa ja motorisessa suorituskyvyssä vasteena määrätylle kognitiiviselle kuormitukselle osoittavat, että kävely on automaattista. Sitä vastoin suuri muutos PFC-aktiivisuudessa moottorin suorituskyvyn ylläpitämiseksi kognitiivisen kuormituksen lisäämisellä osoittaa kävelyn automaattisuuden heikkenemistä. Liikkumiskykyä voidaan mitata manipuloimalla kävelykontekstia jaetun vyön juoksumatolla, jossa jalat liikkuvat eri nopeuksilla. Sopeutumisnopeutta jaetun hihnan ympäristöön voidaan mitata sekä kykyä vaihtaa moottorikuvioita jaetusta hihnasta maanpäälliseen kävelyyn. Laboratoriomme (n = 8) lupaavat tiedot osoittavat, että vanhemmat osallistujat parantavat liikkumiskykyä, kun he ovat kokeneet useita siirtymiä jaetun tilan (vyön nopeussuhde 2:1) ja säännöllisen kävelyn (vyön nopeussuhde 1:1) välillä. Tällaisten parannusten taustalla olevia mekanismeja tai kliinistä merkitystä ei kuitenkaan tunneta.

Tutkijat testaavat seuraavat: 1) 65-vuotiaiden ja sitä vanhempien henkilöiden liikuntasopeutumisen paranemisen laajuus; 2) yhteys kävelyn alkuautomatisoinnin (eli vähemmän PFC-aktiivisuuden kävellessä kognitiivisen kuormituksen kanssa) ja prefrontaalis-subkortikaalisen toiminnan (mitattu neuropsykologisella testauksella) välillä; ja 3) johtavatko parannukset liikkumiseen sopeutumiskyvyssä parannuksiin funktionaalisessa kävelyn arvioinnissa (FGA), joka on kliinisesti merkityksellinen ikääntyneiden aikuisten dynaamisen tasapainon ja liikkuvuuden indikaattori. Vastatakseen näihin kysymyksiin tutkijat yhdistävät innovatiivisia tekniikoita useista Pittsburghin yliopiston laboratorioista. Automaattinen moottorin ohjaus (Dr. Rosson asiantuntemusta) arvioidaan PFC:n langattomalla toiminnallisella lähi-infrapunaspektroskopialla (fNIRS) haastavissa kävelyolosuhteissa (kävely epätasaisella alustalla ja kävelemällä joka toista aakkosten kirjainta lausuen). fNIRS mahdollistaa aivokuoren toiminnan reaaliaikaisen arvioinnin, kun osallistuja on pystyasennossa ja liikkuu, mittaamalla valoon perustuvia muutoksia happipitoisessa ja happittomassa hemoglobiinissa. Liikuntasopeutuminen (Dr. Torres-Oviedon asiantuntemusta) arvioidaan jaetun vyökävelyprotokollan avulla (eli jalat liikkuvat eri nopeuksilla), jota tutkijat ja muut ovat käyttäneet vanhemman yksilön motorisen sopeutumiskyvyn vankuuden mittaamiseen ja ovat osoittaneet olevan riippuvaisia ​​pikkuaivoista ja tyvivoimasta. ganglioiden toiminta. Tutkijat keskittyvät kahteen tärkeään liikkumissopeutumisen näkökohtaan, jotka tutkijat ovat kvantifioineet aiemmin: (tavoite 1) nopeus, jolla yksilöt sopeutuvat uuteen (jaettu) kävelyympäristöön ja (tavoite 2) kyky siirtyä erilaisten kävelykuvioiden välillä (ts. jaetun hihnan ja maan päällä kulkevat kävelykuviot), määritellään moottorikytkennäksi. Sopeutumisnopeus ja moottorin kytkentä kvantifioidaan käyttämällä askelpituuden epäsymmetriaa, joka on ero yhdellä jalalla otetun askelpituuden ja toisen jalan välillä. Tutkijat keskittyvät tähän kävelyparametriin, koska se luonnehtii vahvasti jaetun vyön kävelyprotokollien aiheuttamaa kävelysopeutusta. Lopuksi tutkijat määrittävät osallistujan kognitiivisen toiminnan (Dr. Weinsteinin asiantuntemus) neuropsykologisen akun kautta, joka on herkkä prefrontaalis-subkortikaaliselle toiminnalle. Tutkijat keskittyvät pääasiassa arvioimaan 1) pikkuaivojen rakenteisiin perustuvaa oppimiskykyä ja 2) voimakkaasti PFC:hen riippuvaista toimeenpanotoimintoa ja vähäisemmässä määrin tyviganglioita.

Näiden tietojen avulla tutkijat voivat saavuttaa seuraavat tavoitteet:

Tavoite 1. Selvitä parantuneen liikuntasopeutumisnopeuden ja 1) yksilöiden kävelyautomaattiisuuden ja 2) kognitiivisten toimintojen välinen yhteys. Hypoteesi: muutokset sopeutumisnopeudessa ennustetaan alkukävelyautomaatiolla ja pikkuaivovälitteisellä oppimiskyvyllä. Tämä perustuu todisteisiin, että motoriset säädöt jaetun vyökävelyn aikana riippuvat tyviganglioiden ja pikkuaivojen toiminnasta.

Tavoite 2. Selvitä parantuneen liikevaihdon ja yksilöiden kävelyautomaattiisuuden ja kognitiivisten toimintojen välinen yhteys. Hypoteesi: Alkukävelyautomaatio ja toimeenpanoohjaus ennustavat parannuksia liikunnan vaihdossa. Tämä perustuu todisteisiin siitä, että moottorin vaihto liittyy suoraan basaaliganglioista riippuvaisiin kognitiivisiin tehtäviin, kuten sarjan vaihtamiseen.

Tavoite 3. Selvitä, missä määrin parantunut liikkumiskyky voisi parantaa liikkuvuutta. Hypoteesi: muutokset liikkumiskyvyssä eivät ole yksinomaan laboratoriokontekstissa, vaan yleistyvät muihin liikuntatehtäviin, jotka vaativat mukautumiskykyä, kuten funktionaalisessa kävelyarvioinnissa mitataan.

Nämä tulokset tarjoavat vahvaa alustavaa tietoa tulevaa tutkimusta varten, jossa tutkitaan näitä assosiaatioita suuremmassa otoksessa kattavampien liikkuvuuden vaikuttajien mittareiden, tärkeimpien aivojen alueiden hermokuvauksen ja yhteisön liikkuvuuden objektiivisten mittareiden avulla. Nämä tulokset tunnistavat uusia tekijöitä, jotka vaikuttavat ikääntyneiden aikuisten yhteisön liikkuvuuden menettämiseen, ja voivat tunnistaa uusia terapeuttisia kohteita interventioihin, jotka parantavat kävelyn sopeutumista kaatumisten estämiseksi ja itsenäisyyden lisäämiseksi.