운동 적응을 이용하여 노인의 보행 자동성 증가
노인의 지역사회 이동성을 위한 이동 적응성: 보행 자동성의 역할
연구 개요
상세 설명
지역사회 이동의 제한, 집 밖으로 이동할 수 있는 능력은 노년층에서 일반적이며 장애, 제도화 및 삶의 질 저하에 기여합니다. 성공적인 커뮤니티 이동성은 외부(예: 표면 품질, 거리) 및 내부(예: 피로, 고통) 개인에게. 정상적인 조건에서 이러한 입력의 통합은 피질 전두엽(예: 기본 운동 피질에 대한 기저핵 및 소뇌) 네트워크에서 발생하며 주로 전두엽 피질(PFC)에 상주하는 주의 관련 네트워크에 대한 요구가 거의 없는 자동 운동 제어를 선호합니다. . 노인의 보행 자동성이 감소함에 따라6, 걷는 작업 중 PFC의 활성화가 증가합니다. PFC가 더 이상 커뮤니티 환경을 탐색하기 위해 다른 정보를 자유롭게 처리할 수 없기 때문에 보행 자동성의 부족은 커뮤니티 이동성을 방해할 수 있습니다. 감소된 지역사회 이동성에 대한 또 다른 잠재적 기여자는 감소된 운동 적응입니다. 특히, 노인들은 새로운 환경과 상호 작용하는 동안 움직임을 조정하는 데 더 느리고 별개의 보행 조건으로 전환할 때 운동 패턴을 전환하는 데 더 어려움을 겪습니다. 운동 패턴 전환의 이러한 어려움은 인지 전환 능력과 관련이 있으며, 이는 운동 제어의 기초가 되는 유사한 피질 전두엽 프로세스에 의존합니다. 정상적인 노화에서는 운동 적응이 감소하지만, 우리 연구실의 데이터에 따르면 노인은 가소성을 유지하고 운동 적응을 향상시킬 수 있습니다. 우리의 중심 가설은 보행 적응을 개선하는 능력이 더 높은 보행 자동성과 전두엽-피질 연결의 더 큰 완전성을 가진 사람들에서 더 크다는 것입니다.
보행 자동성의 정도는 걷는 동안 인지 부하를 증가시키고(예: 걷는 동안 인지 작업 완료) 관련 PFC 반응을 측정하여 테스트할 수 있습니다. 부과된 인지 부하에 대한 반응으로 PFC 활동 및 운동 성능의 작은 변화는 온전한 보행 자동성을 나타냅니다. 반대로, 인지 부하를 추가하여 운동 성능을 유지하기 위한 PFC 활동의 큰 변화는 보행 자동성이 감소했음을 나타냅니다. 이동 적응성은 다리가 다른 속도로 움직이는 분할 벨트 러닝머신에서 보행 상황을 조작하여 측정할 수 있습니다. 분할 벨트 환경에 대한 적응 속도는 분할 벨트에서 지상 보행으로 모터 패턴을 전환하는 기능뿐만 아니라 측정할 수 있습니다. 우리 실험실(n=8)의 유망한 데이터는 나이든 참가자가 분할 조건(벨트의 속도 비율 2:1)과 일반 걷기(벨트의 속도 비율 1:1) 사이의 여러 전환을 경험한 후 운동 적응을 개선한다는 것을 나타냅니다. 그러나 이러한 개선의 근본적인 메커니즘이나 임상적 관련성은 알려져 있지 않습니다.
조사관은 다음을 테스트합니다. 1) 65세 이상 개인의 운동 적응 개선 정도; 2) 초기 보행 자동성(즉, 인지 부하로 걷는 동안 PFC 활동이 적음)과 전두엽-피질하 기능(신경심리학적 검사를 통해 측정됨) 사이의 연관성; 및 3) 이동 적응성의 개선이 노인의 동적 균형 및 이동성의 임상적으로 관련된 지표인 기능적 보행 평가(FGA)의 개선으로 이어지는지 여부. 이러한 질문에 답하기 위해 연구자들은 피츠버그 대학의 여러 실험실에서 얻은 혁신적인 기술을 결합할 것입니다. 자동 모터 제어(Dr. Rosso의 전문성)은 도전적인 보행 조건(고르지 않은 표면을 걷고 알파벳의 다른 모든 문자를 암송하면서 걷는 것) 동안 PFC의 무선 기능적 근적외선 분광법(fNIRS)으로 평가됩니다. fNIRS는 참가자가 산소화 및 탈산소화 헤모글로빈의 변화에 대한 빛 기반 측정을 통해 똑바로 서서 움직이는 동안 피질 활동을 실시간으로 평가할 수 있습니다. 이동 적응(Dr. Torres-Oviedo의 전문 지식)은 조사관과 다른 사람들이 노인의 운동 적응 능력을 강력하게 정량화하는 데 사용하고 소뇌 및 기저에 의존하는 것으로 나타난 분할 벨트 보행 프로토콜(즉, 다른 속도로 움직이는 다리)으로 평가될 것입니다. 신경절 기능. 연구자들은 이전에 정량화한 운동 적응의 두 가지 중요한 측면에 초점을 맞출 것입니다. 분할 벨트 및 지상 보행 패턴), 모터 스위칭으로 정의됩니다. 적응률과 모터 전환은 한쪽 다리와 다른 쪽 다리의 보폭 차이인 보폭 비대칭을 사용하여 정량화됩니다. 조사관은 분할 벨트 보행 프로토콜에 의해 유발된 보행 적응을 견고하게 특성화하기 때문에 이 보행 매개변수에 초점을 맞출 것입니다. 마지막으로 조사관은 참가자의 인지 기능을 정량화합니다(Dr. Weinstein의 전문 지식) 전두엽-피질하 기능에 민감한 신경심리학적 배터리를 통해. 조사관은 주로 1) 소뇌 구조에 의존하는 학습 능력과 2) PFC에 크게 의존하는 실행 기능 평가와 기저핵에 대한 평가에 중점을 둘 것입니다.
이 데이터를 통해 조사자는 다음 목표를 해결할 수 있습니다.
목표 1. 개선된 운동 적응률과 1) 개인의 보행 자동성 및 2) 인지 기능 간의 연관성을 결정합니다. 가설: 적응률의 변화는 초기 보행 자동성과 소뇌 매개 학습 능력에 의해 예측될 것이다. 이것은 split-belt 보행 중 운동 조정이 기저핵과 소뇌 기능에 의존한다는 증거에 근거합니다.
목표 2. 개선된 이동 전환과 개인의 보행 자동성 및 인지 기능 사이의 연관성을 결정합니다. 가설: 초기 보행 자동화 및 실행 제어는 이동 전환의 개선을 예측할 것입니다. 이것은 모터 전환이 세트 이동과 같은 기저핵 의존 인지 작업과 직접적으로 연관되어 있다는 증거에 입각한 것입니다.
목표 3. 개선된 이동 적응성이 이동성을 향상시킬 수 있는 범위를 결정합니다. 가설: 이동 적응성의 변화는 실험실 상황에만 국한되지 않고 기능적 보행 평가에서 측정된 대로 적응성이 필요한 다른 이동 작업으로 일반화될 것입니다.
이러한 결과는 이동성 기여자의 보다 포괄적인 측정, 주요 뇌 영역의 무결성을 위한 신경 영상, 커뮤니티 이동성의 객관적인 측정과 함께 더 큰 샘플에서 이러한 연관성을 탐색하기 위한 향후 연구를 위한 강력한 예비 데이터를 제공할 것입니다. 이러한 결과는 노인의 지역 사회 이동성 상실에 대한 새로운 기여자를 식별하고 낙상을 예방하고 독립성을 향상시키기 위해 보행 적응을 개선하는 중재를 위한 새로운 치료 목표를 식별할 수 있습니다.
연구 유형
등록 (실제)
단계
- 해당 없음
연락처 및 위치
연구 장소
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Pennsylvania
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Pittsburgh, Pennsylvania, 미국, 15213
- Sensorimotor Learning Laboratory, Schenley Place Suite 110
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참여기준
자격 기준
공부할 수 있는 나이
건강한 자원 봉사자를 받아들입니다
설명
포함 기준:
- 65세 이상.
- 체질량 지수 35 이하. 근육 활동은 다리의 뚜렷한 근육에 대해 기록되며 지방 조직은 이러한 측정을 방해할 수 있습니다.
- 핸드 헬드 장치 없이 걸을 수 있음
- 자기 속도로 5분 동안 걸을 수 있음
제외 기준:
- 신경 장애, 심장 또는 호흡기 질환, 뇌 손상, 발작, 척수 수술 또는 뇌졸중의 과거 또는 현재 병력.
- 임신.
- 두 부분 명령을 따를 수 없습니다.
- 교정되지 않은 시력 또는 시력이 20/70 미만인 중증 시각 장애
- 수정된 최소 정신 점수 <84로 정의되는 인지 장애;
- 정형외과 또는 통증 상태(하지 통증, 요통, 종아리 통증);
- 디딜 방아에서 걷기를 거부하십시오.
- 경미한 수술 절차 이외의 급성 질환 또는 수술을 위해 연구 6개월 전에 입원한 경우;
- 1년 이내 하지 정형외과 수술;
- 조절되지 않는 고혈압(> 190/110 mmHg);
- 치매 진단;
- 휴식 중 또는 매일 떠나는 활동 중 호흡곤란;
- 보충 산소 사용, 안정시 심박수 > 100 또는 < 40 분당 심박수;
- 고정 또는 융합된 고관절, 무릎 또는 발목 관절;
- 다발성 경화증(MS), 근위축성 측삭 경화증(ALS) 또는 파킨슨병과 같은 진행성 운동 장애
공부 계획
연구는 어떻게 설계됩니까?
디자인 세부사항
- 주 목적: 기초 과학
- 할당: 해당 없음
- 중재 모델: 단일 그룹 할당
- 마스킹: 없음(오픈 라벨)
무기와 개입
참가자 그룹 / 팔 |
개입 / 치료 |
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실험적: 개입: 스플릿 벨트 걷기; split-belt와 tie-belt 걷기 사이의 다중 전환
분할 벨트 보행은 모든 실험에서 사용되며 다리가 다른 속도(0.5m/s 대 1m/s)로 움직이는 기간으로 구성됩니다. 조사관은 우리의 예비 데이터 및 발표된 연구(Sombric et al. 2017)에서 이러한 속도에 적응한 노인이 지상 보행으로 전환할 때 운동 전환에서 큰 결손을 보인다는 것을 관찰했기 때문에 이러한 속도를 선택합니다. 이 큰 참조 신호는 개입 후 모터 스위칭(목표 2)의 변화 감지를 용이하게 합니다. 이 두 번째 개입은 짧은 역적응 블록(각각 200보의 묶인 벨트 걷기의 5블록)과 인터리브된 여러 개의 짧은 적응 블록(즉, 각각 200보의 6블록)으로 구성됩니다. 유사한 프로토콜로 젊은 성인의 적응률 향상을 보여주는 여러 연구를 기반으로 설계되었습니다(Malone et al. 2011; Day et al. 2018; Leech et al. 2018). |
이들은 모든 실험에 사용되며 다리가 다른 속도(0.5m/s 대 1m/s)로 움직이는 기간으로 구성됩니다.
조사관은 우리의 예비 데이터 및 발표된 연구(Sombric et al. 2017)에서 이러한 속도에 적응한 노인이 지상 보행으로 전환할 때 운동 전환에서 큰 결손을 보인다는 것을 관찰했기 때문에 이러한 속도를 선택합니다.
이 큰 참조 신호는 개입 후 모터 스위칭(목표 2)의 변화 감지를 용이하게 합니다.
이 개입은 짧은 역적응 블록(즉, 각각 200보의 묶인 벨트 걷기의 5블록)과 인터리브된 여러 개의 짧은 적응 블록(즉, 각각 200보의 6블록)으로 구성됩니다.
유사한 프로토콜로 젊은 성인의 적응률 향상을 보여주는 여러 연구를 기반으로 설계되었습니다(Malone et al. 2011; Day et al. 2018; Leech et al. 2018).
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연구는 무엇을 측정합니까?
주요 결과 측정
결과 측정 |
측정값 설명 |
기간 |
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적응율의 변화
기간: 개입 전 1주, 개입 중 및 개입 후 1주
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적응은 적응에서 처음 32보의 평균으로 측정됩니다.
이 지표는 대략적인 학습 속도입니다.
높은 적응률은 더 나은 학습률을 의미합니다.
적응률은 개입 전 1주 방문, 개입 중 및 개입 후 1주 동안 측정됩니다.
가장 중요한 개입 전후의 프로세스를 통한 변화가 계산됩니다.
변화가 클수록 학습 능력이 향상됩니다.
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개입 전 1주, 개입 중 및 개입 후 1주
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후유증의 변화
기간: 개입 전 1주, 개입 중 및 개입 후 1주
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후유증은 기준선 걷기의 마지막 40보와 적응 후 지상 걷기의 처음 5보 사이의 오차 차이입니다.
사후 효과 값이 높을수록 학습의 높은 전이를 나타냅니다.
개입 전 1주, 개입 중 및 개입 후 1주 방문 동안 후유증을 측정할 것이다.
가장 중요한 개입 전후의 프로세스를 통한 변화가 계산됩니다.
변화가 클수록 인지 전환 능력이 향상됩니다.
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개입 전 1주, 개입 중 및 개입 후 1주
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FGA의 변화
기간: 개입 전 2주 및 개입 후 1주
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중재 전과 비교하여 중재 후 기능적 보행 평가(FGA) 점수의 변화.
FGA는 평지보행, 보행속도 변화, 수평 및 수직 머리 회전 보행, 180° 피벗 회전 보행, 장애물 넘어 걷기, 지지면이 좁은 보행, 눈 감고 보행, 후진 보행 등 10개 항목으로 구성되어 있다. 그리고 계단.
이러한 각 활동의 점수는 0-3 범위의 4점 서수 척도로 이루어지며, 0은 심각한 손상(도움 없이 수행할 수 없음, 심각한 보행 편차 또는 불균형, 작업 수행 시간 증가)을 나타내고, 1은 중등도 손상을 나타냅니다. 2는 가벼운 장애를 나타내고 3은 정상적인 보행을 나타냅니다(보행 또는 균형 장애 없음, 적시에 작업 완료).
모든 항목은 총점을 계산하기 위해 합산됩니다(최대.
30).
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개입 전 2주 및 개입 후 1주
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실행 기능
기간: 개입 전 2주
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Delis-Kaplan 실행 기능 시스템(D-KEFS)의 하위 테스트는 다음과 같이 사용됩니다. 자동 언어 반응(억제/전환); (2) Visual-motor sequencing task(조건 4)에서 사고의 유연성과 set-shifting 능력을 측정하는 Trail Making Test 및 (3) 문자 유창성, 범주 유창성 및 범주를 측정하는 언어 유창성(문자 및 범주) 스위칭.
각 테스트의 성능은 정답의 총 수와 범주 간 전환으로 결정되는 구어 유창성을 제외하고 완료까지 초 단위로 측정됩니다.
원시 점수는 D-KEFS 표준 데이터 구조(평균 = 10, SD = 3)를 사용하여 표준화됩니다.
모든 테스트는 평균화를 통해 단일 복합 집행 기능 측정을 생성할 수 있도록 공동으로 표준화됩니다.
점수가 높을수록 더 나은 실행 기능을 의미합니다.
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개입 전 2주
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피질하/기저핵 기능
기간: 개입 전 2주
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행동 언어 유창성 검사는 피질하/기저핵 인지 기능을 측정하는 데 사용됩니다.
이 작업에서는 참가자가 1분 이내에 가능한 한 많은 동사(즉, "사람이 하는 일")를 빠르게 생성해야 합니다.
점수는 0에서 참가자가 생성할 수 있는 최대 올바른 단어 수까지 규칙 위반 및 침입(즉, 비동사)을 제외하고 1분 이내에 올바른 단어의 수입니다.
점수가 높을수록 기저핵 인지 기능이 좋은 것을 의미합니다.
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개입 전 2주
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2차 결과 측정
결과 측정 |
측정값 설명 |
기간 |
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전두엽 피질 활동의 변화
기간: 개입 전 2주 및 개입 후 1주
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보행 자동성은 기능적 근적외선 분광법(fNIRS)에 의해 감지된 전두엽 피질에서 산소화(O2Hb) 및 탈산소화 헤모글로빈(HHb)의 이중 작업 관련 변화로 측정됩니다.
8개의 양측 측정을 포함하는 프로브가 있는 웨어러블, 무선, 연속파 NIRS 시스템은 이중 작업 보행 중 기능적 중추 신경계 측정에 사용됩니다.
기준선(조용히 서 있는 상태)에서 각 작업 조건까지의 O2Hb 및 HHb 농도 변화는 기능적 자기 공명 영상과 유사한 방법을 사용하여 계산됩니다.
정식 일반 선형 모델의 계수는 O2Hb 및 HHb 변화의 조합된 혈역학적 반응을 추정하는 데 사용됩니다.
이 계수는 가만히 서 있을 때와 비교하여 각 작업의 뇌 활동 변화를 정량화한 것이며 각 조건의 반복(4-6) 시도에 대해 평균을 냅니다.
개입 전후의 혈역학적 반응의 변화가 계산됩니다.
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개입 전 2주 및 개입 후 1주
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주의력, 언어, 즉시 기억, 지연 기억, 시공간 기능 측정
기간: 개입 전 2주
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RBANS(Repeatable Battery for the Assessment of Neuropsychological Status)는 주의력, 언어, 기억력(즉시 및 지연) 및 시공간 능력 측정 전반에 걸쳐 인지 성능을 측정하기 위한 통합되고 공동 표준 도구입니다.
각 테스트는 테스트 매뉴얼에 따라 올바른 숫자를 기준으로 채점됩니다.
개별 테스트 점수는 표준화된 다음 미리 결정된 지수 점수로 결합됩니다.
주의 지수는 숫자 범위와 코딩 하위 테스트로 구성됩니다. 언어는 그림 명명 및 의미적 유창성 하위 테스트로 구성됩니다. 즉각적인 기억은 목록 및 이야기 학습 하위 테스트로 구성됩니다. 지연된 기억은 목록 회상, 목록 인식, 이야기 회상 및 그림 회상 하위 테스트로 구성됩니다. 시공간 구성은 그림 복사 및 선 방향 하위 테스트로 구성됩니다.
이러한 개별 지수 점수를 결합하여 전체 지수 표준을 생성할 수 있습니다.
점수 범위는 40-154입니다(평균 = 100 및 SD = 15).
더 높은 점수는 더 나은 인지 수행을 의미합니다.
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개입 전 2주
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병전 추정 언어 능력
기간: 개입 전 2주
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Wechsler Test of Adult Reading(WTAR)은 병전 언어 능력/결정화된 지적 기능을 추정합니다.
이는 대뇌 외상이나 모욕, 신경 퇴행성 쇠퇴에도 불구하고 상대적인 안정성을 나타내는 척도입니다.
이와 같이 이것은 인지 능력의 다른 척도를 비교할 참가자의 예상 기능 수준에 대한 추정치를 제공합니다.
원시 점수는 예상 IQ/언어 능력 점수로 변환됩니다.
점수 범위는 50에서 126까지입니다(평균 = 100, SD = 15).
점수가 높을수록 언어 능력이 좋은 것을 의미합니다.
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개입 전 2주
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스위칭 능력
기간: 개입 전 2주
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Wisconsin Card Sorting Test에서 영감을 받은 컴퓨터 기반 작업은 인지 인내를 정량화하는 데 사용됩니다.
모니터에는 색상 모양의 특정 개수와 함께 표시되는 4개의 전자 카드가 있습니다.
참가자에게 참조 카드가 표시되고 각 시도에 대한 피드백을 기반으로 일치 전략을 전환하여 일치 규칙(개수, 모양 또는 색상)을 찾아야 합니다(예: 색상별로 카드를 참조에 일치시키고 " 부정확", 다음 시도에서 그들은 모양으로 일치를 시도할 수 있습니다).
피험자는 총 128회의 일치 시도를 수행하며 5초 안에 응답합니다.
규칙은 3~5회 연속 정확한 경기 후 변경됩니다.
점수는 인내 오류로 측정되며 이전 일치 규칙을 기반으로 이루어진 총 일치 수로 계산됩니다.
점수 범위는 0-128입니다.
점수가 높을수록 스위칭이 좋지 않음을 의미합니다.
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개입 전 2주
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공동 작업자 및 조사자
협력자
수사관
- 수석 연구원: Gelsy Torres-Oviedo, Ph.D., University of Pittsburgh
간행물 및 유용한 링크
일반 간행물
- Holtzer R, Mahoney JR, Izzetoglu M, Izzetoglu K, Onaral B, Verghese J. fNIRS study of walking and walking while talking in young and old individuals. J Gerontol A Biol Sci Med Sci. 2011 Aug;66(8):879-87. doi: 10.1093/gerona/glr068. Epub 2011 May 17.
- Walker ML, Austin AG, Banke GM, Foxx SR, Gaetano L, Gardner LA, McElhiney J, Morris K, Penn L. Reference group data for the functional gait assessment. Phys Ther. 2007 Nov;87(11):1468-77. doi: 10.2522/ptj.20060344. Epub 2007 Sep 4.
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이 연구와 관련된 용어
기타 연구 ID 번호
- STUDY19060017
- 3455 (기타 보조금/기금 번호: University of Pittsburgh Pitt Momentum Fund)
- P30AG024827 (미국 NIH 보조금/계약)
- K01NS092785-01A1 (미국 NIH 보조금/계약)
- NSF 1535036 (기타 보조금/기금 번호: National Science Foundation)
- NSF 1847891 (기타 보조금/기금 번호: National Science Foundation)
- CRDF 4.30204 (기타 보조금/기금 번호: University of Pittsburgh Central Research Development Fund)
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- 수액
- ANALYTIC_CODE
약물 및 장치 정보, 연구 문서
미국 FDA 규제 의약품 연구
미국 FDA 규제 기기 제품 연구
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