Innvirkning av fysisk trening på nevroplastisitet og sensorimotoriske nettverk hos eldre voksne (EXOPLASTIC)

Aldring er assosiert med strukturelle og funksjonelle endringer i sentralnervesystemet som kan ha en negativ innvirkning på motorisk kontroll, postural stabilitet, overekstremitetskoordinasjon og adaptiv motorisk atferd. Disse funksjonelle endringene tilskrives delvis endringer i kortikal eksiterbarhet og redusert effektivitet av intrakortikale inhibitoriske og sensorimotoriske kretser i den primære motoriske korteksen (M1). Slike modifikasjoner kan bidra til en nedgang i nevroplastisitet, definert som hjernens evne til å reorganisere seg som respons på interne eller eksterne stimuli.

Nevroplastisitet spiller en kritisk rolle i motorisk læring og tilpasning, og er derfor essensiell for å opprettholde funksjonell autonomi hos eldre voksne. Å identifisere intervensjoner som kan forbedre eller bevare nevroplastisitet med aldring utgjør en viktig klinisk og samfunnsmessig utfordring. Aerob fysisk trening har vist seg som en lovende ikke-farmakologisk strategi for å modulere kortikal eksiterbarhet og fremme nevroplastisitet.

Hovedmålet med denne studien er å vurdere effekten av en enkeltøkt med moderat aerob trening på nevroplastisitet indusert av transkraniell likestrømsstimulering (tDCS) hos eldre voksne, sammenlignet med unge voksne. Det sekundære målet er å undersøke innflytelsen av trening på iboende intrakortikale kretser og sensorimotoriske integrasjonsmekanismer innenfor M1.

Studiedesign:

Dette er en monocentrisk eksplorativ studie hvor hver deltaker vil gjennomføre tre eksperimentelle økter adskilt med minst én uke:

Økt 1 og Økt 2 (randomisert crossover-design):

• Betingelse A: 20 minutter med moderat aerob trening etterfulgt av tDCS.
• Betingelse B: 20 minutter med sittende hvile etterfulgt av tDCS. Rekkefølgen av disse to betingelsene vil være randomisert. Hver deltaker fungerer som sin egen kontroll.

Økt 3:

• Vurdering av effektene av aerob trening alene (uten tDCS).

Eksperimentelle prosedyrer:

Etter å ha gitt skriftlig informert samtykke, gjennomgår deltakerne basislinjevurderinger inkludert spørreskjemaer som dokumenterer fysisk aktivitetsnivå, håndpreferanse og smertenivå.

Deltakerne sitter komfortabelt, og overflateelektromyografi (EMG)-elektroder plasseres over abductor pollicis brevis (APB)-muskelen i den dominerende hånden. Transkraniell magnetisk stimulering (TMS) leveres over M1 som tilsvarer representasjonen av den dominerende hånden. Det optimale stimuleringsstedet (hotspot) og hvilemotorisk terskel (RMT) bestemmes.

Kortikospinal eksiterbarhet vurderes ved bruk av enkeltpuls TMS ved økende intensiteter for å konstruere input-output (I/O) rekrutteringskurver. Motorisk evokerte potensialer (MEP-er) registreres fra APB-muskelen. En Boltzmann sigmoidalfunksjon brukes for å modellere I/O-kurver og ekstrahere parametere inkludert stigning, plateau og S50. Hovedutfallsmålet er stigningen til I/O-kurven, som reflekterer kortikospinal rekrutteringsgevinst.

Nevroplastisitet evalueres ved å sammenligne kortikospinal eksiterbarhet før og etter en 20-minuttersøkt med anodal tDCS påført over den dominerende M1 (2 mA). Endringer i I/O-kurveparametere etter tDCS, med eller uten tidligere fysisk trening, fungerer som indikatorer for indusert plastisitet.

Intrakortikale inhibitoriske og fasiliterende mekanismer vurderes ved bruk av parret-puls TMS-protokoller:

• Kortintervall intrakortikal inhibisjon (SICI)
• Intrakortikal fasilitasjon (ICF)
• Langintervall intrakortikal inhibisjon (LICI)

Sensorimotorisk integrasjon evalueres ved bruk av parret perifer nervestimulering (medianerven ved håndleddet) kombinert med TMS for å måle:

• Kortlatens afferent inhibisjon (SAI)
• Langlatens afferent inhibisjon (LAI)
• Afferent-indusert fasilitasjon (AIF) Utfallsmål uttrykkes som forhold mellom betingede og ubetingede MEP-amplituder.

Aerob treningsintervensjon:

Moderat aerob trening består av 20 minutters sykling på en ergometer ved 60 til 70 omdreininger per minutt. Treningsintensiteten er individualisert for å tilsvare omtrent 50% av hjertefrekvensreserven (moderat intensitet), overvåket gjennom hele økten.

Den estimerte varigheten for hver eksperimentell økt er som følger:

• Økt 1 (2t05): Informasjon, samtykke og spørreskjemaer (10 minutter), elektrodeplassering (5 minutter), basislinjeregistreringer (35 minutter), 20 minutter med aerob trening eller sittende hvile (randomisert), 20 minutter med tDCS, og 35 minutter med post-intervensjonsregistreringer.
• Økt 2 (1t05): Samme prosedyre som Økt 1 uten informasjon, samtykke eller spørreskjemaer. Deltakerne gjennomfører den alternative betingelsen (trening eller hvile), etterfulgt av tDCS og post-intervensjonsregistreringer.
• Økt 3 (1t35): Forberedelse (5 minutter), basislinjeregistreringer (35 minutter), 20 minutter med aerob trening, og 35 minutter med post-treningsregistreringer.