自発運動適応を利用して高齢者の歩行自動性を高める

コミュニティの移動性、つまり家の外に移動する能力の制限は、高齢者によく見られ、身体障害、施設収容、および生活の質の低下に寄与しています。 コミュニティ モビリティを成功させるには、外部と外部の両方からの情報を迅速に統合する必要があります。 表面品質、距離) および内部 (例: 疲労、痛み）個人に。 通常の条件下では、これらの入力の統合は、皮質前頭葉 (大脳基底核および小脳から一次運動皮質へなど) のネットワークで発生し、主に前頭前皮質 (PFC) に存在する注意関連のネットワークへの要求がほとんどなく、自動運動制御に有利に働きます。 . 高齢者では歩行の自動性が低下するにつれて 6、歩行タスク中の PFC の活性化が増加します。 歩行自動性の欠如は、PFC がコミュニティ環境をナビゲートするための他の情報を自由に処理できなくなるため、コミュニティのモビリティを妨げる可能性があります。 コミュニティの移動性が低下するもう 1 つの潜在的な原因は、自発運動の適応の減少です。 具体的には、高齢者は、新しい環境と対話しながら動きを調整するのが遅くなり、異なる歩行条件に移行するときに運動パターンを切り替えることがより困難になります. この運動パターンの切り替えの難しさは、運動制御の根底にある同様の皮質前頭葉プロセスに依存している認知的切り替え能力に関連しています。 通常の老化では運動適応が低下しますが、私たちの研究室のデータは、高齢者が可塑性を維持し、運動適応を改善できることを示しています。 私たちの中心的な仮説は、歩行の自動性が高く、前頭前皮質下結合の完全性が高い人ほど、自発運動の適応を改善する能力が高いというものです。

歩行自動性の程度は、歩行中の認知負荷を増加させ (例えば、歩行中に認知タスクを完了する)、関連する PFC 応答を測定することによってテストできます。 課せられた認知負荷に応じた PFC 活動と運動能力の小さな変化は、無傷の歩行自動性を示します。 逆に、認知負荷を加えて運動能力を維持するための PFC 活動の大きな変化は、歩行自動性の低下を示します。 自発運動の適応性は、脚が異なる速度で動いているスプリット ベルト トレッドミルで歩行コンテキストを操作することによって測定できます。 スプリットベルト環境への適応率と、スプリットベルトから地上歩行への運動パターンの切り替え能力を測定できます。 私たちの研究室からの有望なデータ (n = 8) は、年配の参加者が分割状態 (ベルトの速度比 2:1) と通常の歩行 (ベルトの速度比 1:1) の間の複数の移行を経験した後、自発運動の適応を改善することを示しています。 ただし、根本的なメカニズムも、そのような改善の臨床的関連性も知られていません。

研究者は以下をテストします: 1) 65 歳以上の個人における自発運動適応の改善の程度。 2) 初期の歩行自動性 (つまり、認知負荷のある歩行中の PFC 活動の減少) と前頭前皮質下機能 (神経心理学的テストで測定) との関連。 3) 自発運動の適応性の改善が、高齢者の動的バランスと可動性の臨床的に関連する指標である機能的歩行評価 (FGA) の改善につながるかどうか。 これらの質問に答えるために、研究者はピッツバーグ大学の複数の研究所からの革新的な技術を組み合わせます。 自動モーター制御（Dr. Rosso の専門知識) は、困難な歩行条件 (でこぼこの道を歩く、アルファベットを 1 文字おきに暗唱しながら歩く) で、PFC の無線機能近赤外分光法 (fNIRS) によって評価されます。 fNIRS は、参加者が直立し、酸素化および脱酸素化ヘモグロビンの変化の光ベースの測定によって移動している間に、皮質活動のリアルタイム評価を可能にします。 運動適応（Dr. Torres-Oviedo の専門知識) は、研究者らが高齢者の運動適応能力を確実に定量化するために使用し、小脳と基底に依存していることが示された分割ベルト歩行プロトコル (つまり、異なる速度で動く脚) で評価されます。神経節機能。 調査員は、調査員が以前に定量化した運動適応の 2 つの重要な側面に焦点を当てます: (目的 1) 個人が新しい (分割された) 歩行環境に適応する速度と (目的 2) 異なる歩行パターン間を移行する能力 (すなわち、スプリット ベルトと地上歩行パターン)、モーター スイッチングとして定義されます。 順応率とモーターの切り替えは、片脚と片脚の歩幅の差である歩幅の非対称性を使用して定量化されます。 研究者は、この歩行パラメーターに注目します。これは、スプリット ベルト ウォーキング プロトコルによって誘発される歩行適応を確実に特徴付けているためです。 最後に、研究者は参加者の認知機能を定量化します (Dr. 前頭前皮質下機能に敏感な神経心理学的バッテリーを通じて。 調査員は主に、1) 小脳構造に依存する学習能力の評価、および 2) PFC に大きく依存する実行機能の評価、および程度は低いものの大脳基底核の評価に焦点を当てます。

このデータを使用して、調査員は次の目的に取り組むことができます。

目的 1. 改善された自発運動適応率と 1) 個人の歩行の自動性および 2) 認知機能との関連を決定します。 仮説: 適応率の変化は、最初の歩行の自動性と小脳を介した学習能力によって予測されます。 これは、スプリットベルト歩行中の運動調整が大脳基底核と小脳機能に依存するという証拠に基づいています。

目的 2. 自発運動の切り替えの改善と、個人の歩行の自動性および認知機能との関連性を判断します。 仮説: 初期歩行の自動性と実行制御は、自発運動の切り替えの改善を予測します。 これは、モーターの切り替えが、セットシフトなどの大脳基底核依存の認知課題に直接関連しているという証拠に基づいています。

目的 3. 改善された自発運動適応性が可動性をどの程度改善できるかを決定します。 仮説: 自発運動の適応性の変化は、実験室のコンテキストに限定されませんが、機能的歩行評価で測定されるように、適応性を必要とする他の自発運動タスクに一般化されます。

これらの結果は、可動性寄与因子のより包括的な測定、主要な脳領域の完全性のための神経画像、およびコミュニティの可動性の客観的測定を使用して、より大きなサンプルでこれらの関連性を調査するための将来の研究のための強力な予備データを提供します。 これらの結果は、高齢者のコミュニティモビリティの喪失の新たな原因を特定し、歩行適応を改善して転倒を防ぎ、自立を強化する介入のための新しい治療標的を特定する可能性があります。