Augmenter l'automatisation de la marche chez les personnes âgées en exploitant l'adaptation locomotrice

Les restrictions à la mobilité communautaire, la capacité de sortir de chez soi, sont courantes chez les personnes âgées et contribuent au handicap, à l'institutionnalisation et à une mauvaise qualité de vie. Une mobilité communautaire réussie nécessite une intégration rapide des informations provenant à la fois de l'extérieur (par ex. qualité de surface, distances) et internes (par ex. fatigue, douleur) à l'individu. Dans des conditions normales, l'intégration de ces entrées se produit dans les réseaux subcortico-frontaux (par exemple, ganglions de la base et cervelet au cortex moteur primaire) et favorise le contrôle moteur automatique avec peu de demandes sur les réseaux liés à l'attention qui résident principalement dans le cortex préfrontal (PFC) . À mesure que l'automaticité de la marche diminue chez les personnes âgées6, l'activation du PFC pendant les tâches de marche augmente. Le manque d'automaticité de la marche peut interférer avec la mobilité communautaire, car le PFC n'est plus libre de traiter d'autres informations pour naviguer dans les environnements communautaires. Un autre contributeur potentiel à la mobilité communautaire réduite est la diminution de l'adaptation locomotrice. Plus précisément, les personnes âgées sont plus lentes à ajuster leurs mouvements lorsqu'elles interagissent avec un nouvel environnement et ont plus de difficulté à changer de schéma moteur lors de la transition entre des conditions de marche distinctes. Cette difficulté à changer les schémas moteurs est liée à la capacité de commutation cognitive, qui dépend de processus sous-corticaux-frontaux similaires qui sous-tendent le contrôle moteur. Alors que l'adaptation locomotrice est réduite dans le vieillissement normal, les données de notre laboratoire indiquent que les personnes âgées maintiennent la plasticité et peuvent améliorer l'adaptation locomotrice. Notre hypothèse centrale est que la capacité d'améliorer l'adaptation locomotrice est plus grande chez ceux qui ont une automatisme de marche plus élevé et une plus grande intégrité des connexions préfrontales-sous-corticales.

L'étendue de l'automaticité de la marche peut être testée en augmentant la charge cognitive pendant la marche (par exemple, effectuer une tâche cognitive en marchant) et en mesurant la réponse PFC associée. De petits changements dans l'activité PFC et la performance motrice en réponse à la charge cognitive imposée indiquent une automatisation de la marche intacte. À l'inverse, un changement important dans l'activité PFC pour maintenir les performances motrices avec l'ajout d'une charge cognitive indique une diminution de l'automaticité de la marche. L'adaptabilité locomotrice peut être mesurée en manipulant le contexte de marche sur un tapis roulant à courroie divisée où les jambes se déplacent à des vitesses différentes. Le taux d'adaptation à l'environnement de la ceinture fendue peut être mesuré ainsi que la capacité de faire passer les schémas moteurs de la ceinture fendue à la marche au-dessus du sol. Des données prometteuses de nos laboratoires (n = 8) indiquent que les participants plus âgés améliorent l'adaptation locomotrice après avoir connu de multiples transitions entre la condition de fractionnement (rapport de vitesse des ceintures 2: 1) et la marche régulière (rapport de vitesse des ceintures 1: 1). Cependant, ni les mécanismes sous-jacents ni la pertinence clinique de telles améliorations ne sont connus.

Les chercheurs testeront les éléments suivants : 1) l'étendue de l'amélioration de l'adaptation locomotrice chez les personnes âgées de 65 ans et plus ; 2) l'association entre l'automaticité initiale de la marche (c'est-à-dire moins d'activité PFC lors de la marche avec une charge cognitive) et la fonction préfrontale-sous-corticale (mesurée via des tests neuropsychologiques) ; et 3) si les améliorations de l'adaptabilité locomotrice entraînent des améliorations de l'évaluation fonctionnelle de la marche (FGA), un indicateur cliniquement pertinent de l'équilibre dynamique et de la mobilité chez les personnes âgées. Pour répondre à ces questions, les chercheurs combineront des techniques innovantes de plusieurs laboratoires de l'Université de Pittsburgh. Contrôle moteur automatique (Dr. L'expertise de Rosso) sera évaluée par spectroscopie proche infrarouge fonctionnelle sans fil (fNIRS) du PFC dans des conditions de marche difficiles (marcher sur une surface inégale et marcher en récitant toutes les autres lettres de l'alphabet). Le fNIRS permet une évaluation en temps réel de l'activité corticale pendant qu'un participant est debout et se déplace au moyen de mesures basées sur la lumière des changements dans l'hémoglobine oxygénée et désoxygénée. Adaptation locomotrice (Dr. L'expertise de Torres-Oviedo) sera évaluée avec un protocole de marche à ceinture fendue (c'est-à-dire, les jambes se déplaçant à des vitesses différentes) que les enquêteurs et d'autres ont utilisé pour quantifier de manière robuste la capacité d'adaptation motrice chez les personnes âgées et ont montré qu'elle dépendait du cérébelleux et basal fonction des ganglions. Les enquêteurs se concentreront sur deux aspects importants de l'adaptation locomotrice qu'ils ont quantifiés auparavant : (Objectif 1) la vitesse à laquelle les individus s'adaptent au nouvel environnement de marche (divisé) et (Objectif 2) la capacité de transition entre des modèles de marche distincts (c'est-à-dire, la ceinture fendue et les modèles de marche au-dessus du sol), définis comme la commutation de moteur. Le taux d'adaptation et la commutation du moteur sont quantifiés à l'aide de l'asymétrie de longueur de pas, qui est la différence entre une longueur de pas prise avec une jambe par rapport à l'autre. Les chercheurs se concentreront sur ce paramètre de marche car il caractérise de manière robuste l'adaptation de la marche évoquée par les protocoles de marche à ceinture divisée. Enfin, les chercheurs quantifieront la fonction cognitive des participants (Dr. Weinstein) à travers une batterie neuropsychologique sensible à la fonction préfrontale-sous-corticale. Les chercheurs se concentreront principalement sur l'évaluation 1) de la capacité d'apprentissage dépendante des structures cérébelleuses et 2) sur l'évaluation de la fonction exécutive fortement dépendante du PFC et, dans une moindre mesure, des ganglions de la base.

Avec ces données, les enquêteurs pourront répondre aux objectifs suivants :

Objectif 1. Déterminer l'association entre l'amélioration du taux d'adaptation locomotrice et 1) l'automaticité de la marche des individus et 2) la fonction cognitive. Hypothèse : les changements du taux d'adaptation seront prédits par l'automaticité initiale de la marche et la capacité d'apprentissage médiée par le cervelet. Ceci est fondé sur la preuve que les ajustements moteurs pendant la marche en ceinture divisée dépendent des ganglions de la base et de la fonction cérébelleuse.

Objectif 2. Déterminer l'association entre l'amélioration de la commutation locomotrice et l'automaticité et la fonction cognitive de la marche des individus. Hypothèse : l'automaticité initiale de la marche et le contrôle exécutif prédiront les améliorations de la commutation locomotrice. Ceci est fondé sur la preuve que la commutation motrice est directement associée aux tâches cognitives dépendantes des ganglions de la base telles que le changement d'ensemble.

Objectif 3. Déterminer dans quelle mesure une meilleure adaptabilité locomotrice pourrait améliorer la mobilité. Hypothèse : les modifications de l'adaptabilité locomotrice ne seront pas exclusives au contexte du laboratoire, mais se généraliseront à d'autres tâches locomotrices qui nécessitent une adaptabilité, telle que mesurée dans l'évaluation de la marche fonctionnelle.

Ces résultats fourniront des données préliminaires solides pour une future étude visant à explorer ces associations dans un échantillon plus large avec des mesures plus complètes des contributeurs à la mobilité, la neuroimagerie pour l'intégrité des régions cérébrales clés et des mesures objectives de la mobilité communautaire. Ces résultats identifieront de nouveaux contributeurs à la perte de mobilité communautaire chez les personnes âgées et pourraient identifier de nouvelles cibles thérapeutiques pour les interventions qui améliorent l'adaptation de la marche pour prévenir les chutes et renforcer l'indépendance.