Aumentare l'automaticità dell'andatura negli anziani sfruttando l'adattamento locomotore

Le restrizioni alla mobilità della comunità, la capacità di muoversi fuori casa, sono comuni nelle età più anziane e contribuiscono alla disabilità, all'istituzionalizzazione e alla scarsa qualità della vita. Una mobilità comunitaria di successo richiede una rapida integrazione delle informazioni provenienti sia dall'esterno (ad es. qualità della superficie, distanze) e interne (es. stanchezza, dolore) all'individuo. In condizioni normali, l'integrazione di questi input avviene nelle reti subcorticali-frontali (ad esempio, dai gangli della base e dal cervelletto alla corteccia motoria primaria) e favorisce il controllo motorio automatico con poche richieste sulle reti legate all'attenzione che risiedono principalmente nella corteccia prefrontale (PFC) . Man mano che l'automatismo dell'andatura diminuisce negli anziani6, l'attivazione della PFC durante le attività di deambulazione aumenta. La mancanza di automaticità dell'andatura può interferire con la mobilità della comunità, poiché il PFC non è più libero di elaborare altre informazioni per la navigazione negli ambienti della comunità. Un altro potenziale contributo alla ridotta mobilità della comunità è il ridotto adattamento locomotore. In particolare, gli adulti più anziani sono più lenti nell'adattare i propri movimenti mentre interagiscono con un nuovo ambiente e hanno più difficoltà a cambiare schemi motori durante la transizione attraverso condizioni di deambulazione distinte. Questa difficoltà nel cambiare schemi motori è correlata alla capacità di commutazione cognitiva, che si basa su processi subcorticali-frontali simili che sono alla base del controllo motorio. Mentre l'adattamento locomotore è ridotto nel normale invecchiamento, i dati del nostro laboratorio indicano che gli anziani mantengono la plasticità e possono migliorare l'adattamento locomotore. La nostra ipotesi centrale è che la capacità di migliorare l'adattamento locomotore sia maggiore in quelli con maggiore automaticità dell'andatura e maggiore integrità delle connessioni prefrontali-sottocorticali.

L'entità dell'automatismo dell'andatura può essere testata aumentando il carico cognitivo durante la deambulazione (ad esempio, completando un compito cognitivo mentre si cammina) e misurando la relativa risposta PFC. Piccoli cambiamenti nell'attività PFC e nelle prestazioni motorie in risposta al carico cognitivo imposto indicano un'automaticità dell'andatura intatta. Al contrario, un grande cambiamento nell'attività PFC per mantenere le prestazioni motorie con l'aggiunta di un carico cognitivo indica una ridotta automaticità dell'andatura. L'adattabilità locomotoria può essere misurata manipolando il contesto della deambulazione su un tapis roulant a cinghia divisa in cui le gambe si muovono a velocità diverse. È possibile misurare il tasso di adattamento all'ambiente della cintura divisa e la capacità di cambiare i modelli motori dalla cintura divisa alla camminata fuori terra. I dati promettenti dei nostri laboratori (n=8) indicano che i partecipanti più anziani migliorano l'adattamento locomotore dopo aver sperimentato più transizioni tra la condizione di divisione (rapporto di velocità delle cinture 2:1) e la camminata regolare (rapporto di velocità delle cinture 1:1). Tuttavia, non sono noti né i meccanismi sottostanti né la rilevanza clinica di tali miglioramenti.

Gli investigatori testeranno quanto segue: 1) l'entità del miglioramento dell'adattamento locomotore negli individui di età pari o superiore a 65 anni; 2) l'associazione tra automatismo iniziale del cammino (cioè minore attività PFC mentre si cammina con un carico cognitivo) e funzione prefrontale-sottocorticale (misurata tramite test neuropsicologici); e 3) se i miglioramenti nell'adattabilità locomotoria comportano miglioramenti nella valutazione funzionale dell'andatura (FGA), un indicatore clinicamente rilevante dell'equilibrio dinamico e della mobilità negli anziani. Per rispondere a queste domande, i ricercatori combineranno tecniche innovative provenienti da più laboratori dell'Università di Pittsburgh. Controllo automatico del motore (Dr. Rosso) sarà valutata mediante spettroscopia wireless funzionale nel vicino infrarosso (fNIRS) del PFC durante condizioni di deambulazione difficili (camminando su una superficie irregolare e camminando mentre si recita ogni altra lettera dell'alfabeto). fNIRS consente la valutazione in tempo reale dell'attività corticale mentre un partecipante è in posizione verticale e si muove mediante misurazioni basate sulla luce dei cambiamenti nell'emoglobina ossigenata e deossigenata. Adattamento locomotore (Dott. L'esperienza di Torres-Oviedo) sarà valutata con un protocollo di deambulazione a cintura divisa (cioè gambe che si muovono a velocità diverse) che i ricercatori e altri hanno utilizzato per quantificare in modo robusto la capacità di adattamento motorio negli individui più anziani e hanno dimostrato di dipendere da cerebellare e basale funzione dei gangli. Gli investigatori si concentreranno su due aspetti importanti dell'adattamento locomotore che gli investigatori hanno quantificato in precedenza: (Obiettivo 1) velocità con cui gli individui si adattano al nuovo ambiente di deambulazione (diviso) e (Obiettivo 2) capacità di transizione tra modelli di deambulazione distinti (vale a dire, lo split-belt e gli schemi di camminata fuori terra), definiti come motor switching. Il tasso di adattamento e la commutazione del motore sono quantificati utilizzando l'asimmetria della lunghezza del passo, che è la differenza tra una lunghezza del passo presa con una gamba rispetto all'altra. Gli investigatori si concentreranno su questo parametro dell'andatura perché caratterizza in modo robusto l'adattamento dell'andatura evocato dai protocolli di deambulazione a cintura divisa. Infine, gli investigatori quantificheranno la funzione cognitiva del partecipante (Dr. Weinstein) attraverso una batteria neuropsicologica sensibile alla funzione prefrontale-sottocorticale. Gli investigatori si concentreranno principalmente sulla valutazione 1) della capacità di apprendimento dipendente dalle strutture cerebellari e 2) sulla valutazione della funzione esecutiva fortemente dipendente dalla PFC e, in misura minore, dai gangli della base.

Con questi dati, gli investigatori saranno in grado di affrontare i seguenti obiettivi:

Obiettivo 1. Determinare l'associazione tra il miglioramento del tasso di adattamento locomotore e 1) l'automatismo dell'andatura degli individui e 2) la funzione cognitiva. Ipotesi: i cambiamenti nel tasso di adattamento saranno previsti dall'automaticità del cammino iniziale e dalla capacità di apprendimento mediata dal cervelletto. Ciò si basa sull'evidenza che gli aggiustamenti motori durante la deambulazione a cinghia divisa dipendono dai gangli della base e dalla funzione cerebellare.

Obiettivo 2. Determinare l'associazione tra il miglioramento del cambio locomotore e l'automatismo dell'andatura e la funzione cognitiva degli individui. Ipotesi: l'automaticità iniziale della deambulazione e il controllo esecutivo prediranno miglioramenti nel cambio locomotore. Ciò si basa sull'evidenza che la commutazione motoria è direttamente associata a compiti cognitivi dipendenti dai gangli della base come il cambio di set.

Obiettivo 3. Determinare la misura in cui una migliore adattabilità locomotoria potrebbe migliorare la mobilità. Ipotesi: i cambiamenti nell'adattabilità locomotoria non saranno esclusivi del contesto di laboratorio ma si generalizzeranno ad altri compiti locomotori che richiedono adattabilità, come misurato nel Functional Gait Assessment.

Questi risultati forniranno solidi dati preliminari per uno studio futuro per esplorare queste associazioni in un campione più ampio con misure più complete dei contributori alla mobilità, neuroimaging per l'integrità delle regioni chiave del cervello e misure oggettive della mobilità della comunità. Questi risultati identificheranno nuovi contributori alla perdita di mobilità comunitaria negli anziani e potrebbero identificare nuovi bersagli terapeutici per interventi che migliorano l'adattamento dell'andatura per prevenire le cadute e migliorare l'indipendenza.