Aumentando a automaticidade da marcha em adultos mais velhos, explorando a adaptação locomotora

Restrições na mobilidade da comunidade, a capacidade de sair de casa, são comuns em idades mais avançadas e contribuem para incapacidade, institucionalização e má qualidade de vida. A mobilidade comunitária bem-sucedida requer integração rápida de informações externas (p. qualidade da superfície, distâncias) e internas (p. fadiga, dor) para o indivíduo. Em condições normais, a integração dessas entradas ocorre em redes subcorticais-frontais (por exemplo, gânglios da base e cerebelo ao córtex motor primário) e favorece o controle motor automático com poucas demandas nas redes relacionadas à atenção que residem principalmente no córtex pré-frontal (PFC). . À medida que a automaticidade da marcha diminui em adultos mais velhos6, a ativação do PFC durante tarefas de caminhada aumenta. A falta de automaticidade da marcha pode interferir na mobilidade da comunidade, pois o PFC não está mais livre para processar outras informações para navegar nos ambientes da comunidade. Outro contribuinte potencial para a mobilidade reduzida da comunidade é a adaptação locomotora diminuída. Especificamente, os adultos mais velhos são mais lentos em ajustar seus movimentos ao interagir com um novo ambiente e têm mais dificuldade em mudar os padrões motores ao fazer a transição em diferentes condições de caminhada. Essa dificuldade em mudar os padrões motores está relacionada à capacidade de mudança cognitiva, que depende de processos frontais subcorticais semelhantes que fundamentam o controle motor. Embora a adaptação locomotora seja reduzida no envelhecimento normal, dados de nosso laboratório indicam que os idosos mantêm a plasticidade e podem melhorar a adaptação locomotora. Nossa hipótese central é que a capacidade de melhorar a adaptação locomotora é maior naqueles com maior automaticidade da marcha e maior integridade das conexões pré-frontal-subcorticais.

A extensão da automaticidade da marcha pode ser testada aumentando a carga cognitiva durante a caminhada (por exemplo, completando uma tarefa cognitiva durante a caminhada) e medindo a resposta PFC relacionada. Pequenas mudanças na atividade do PFC e no desempenho motor em resposta à carga cognitiva imposta indicam automaticidade intacta da marcha. Por outro lado, uma grande mudança na atividade do PFC para manter o desempenho motor com a adição de uma carga cognitiva indica diminuição da automaticidade da marcha. A adaptabilidade locomotora pode ser medida pela manipulação do contexto da caminhada em uma esteira com correia dividida, na qual as pernas se movem em velocidades diferentes. A taxa de adaptação ao ambiente de cinto dividido pode ser medida, bem como a capacidade de mudar os padrões motores do cinto dividido para a caminhada no solo. Dados promissores de nossos laboratórios (n = 8) indicam que os participantes mais velhos melhoram a adaptação locomotora depois de experimentar múltiplas transições entre a condição de divisão (taxa de velocidade dos cintos 2:1) e caminhada regular (taxa de velocidade dos cintos 1:1). No entanto, nem os mecanismos subjacentes nem a relevância clínica de tais melhorias são conhecidos.

Os investigadores testarão o seguinte: 1) a extensão da melhora da adaptação locomotora em indivíduos com 65 anos ou mais; 2) a associação entre a automaticidade inicial da caminhada (ou seja, menos atividade do PFC ao caminhar com uma carga cognitiva) e a função pré-frontal-subcortical (medida por meio de testes neuropsicológicos); e 3) se as melhorias na adaptabilidade locomotora resultam em melhorias na Avaliação Funcional da Marcha (FGA), um indicador clinicamente relevante de equilíbrio dinâmico e mobilidade em idosos. Para responder a essas perguntas, os pesquisadores combinarão técnicas inovadoras de vários laboratórios da Universidade de Pittsburgh. Controle automático do motor (Dr. A experiência de Rosso) será avaliada por espectroscopia de infravermelho próximo funcional sem fio (fNIRS) do PFC durante condições de caminhada desafiadoras (caminhar em uma superfície irregular e caminhar enquanto recita todas as outras letras do alfabeto). O fNIRS permite a avaliação em tempo real da atividade cortical enquanto um participante está ereto e se movendo por meio de medições baseadas em luz das mudanças na hemoglobina oxigenada e desoxigenada. Adaptação locomotora (Dra. experiência de Torres-Oviedo) será avaliado com um protocolo de caminhada com cinto dividido (isto é, pernas se movendo em velocidades diferentes) que os pesquisadores e outros usaram para quantificar de forma robusta a capacidade de adaptação motora em indivíduos mais velhos e mostraram ser dependentes do cerebelar e basal função dos gânglios. Os investigadores se concentrarão em dois aspectos importantes da adaptação locomotora que os investigadores quantificaram antes: (Objetivo 1) taxa na qual os indivíduos se adaptam ao novo ambiente de caminhada (divisão) e (Objetivo 2) capacidade de transição entre padrões de caminhada distintos (ou seja, o cinto dividido e os padrões de caminhada no solo), definidos como comutação do motor. A taxa de adaptação e a comutação do motor são quantificadas usando a assimetria do comprimento do passo, que é a diferença entre o comprimento do passo dado com uma perna versus a outra. Os investigadores se concentrarão neste parâmetro da marcha porque caracteriza de forma robusta a adaptação da marcha evocada por protocolos de caminhada com cinto dividido. Finalmente, os investigadores irão quantificar a função cognitiva do participante (Dr. experiência de Weinstein) por meio de bateria neuropsicológica sensível à função pré-frontal-subcortical. Os investigadores se concentrarão principalmente na avaliação de 1) capacidade de aprendizado dependente de estruturas cerebelares e 2) avaliação da função executiva fortemente dependente do PFC e, em menor grau, dos gânglios da base.

Com estes dados, os investigadores poderão abordar os seguintes Objetivos:

Objetivo 1. Determinar a associação entre a melhora da taxa de adaptação locomotora e 1) automaticidade da marcha dos indivíduos e 2) função cognitiva. Hipótese: as mudanças na taxa de adaptação serão previstas pela automaticidade da caminhada inicial e pela capacidade de aprendizagem mediada pelo cerebelo. Isso se baseia na evidência de que os ajustes motores durante a marcha com cinto de segurança dependem dos gânglios da base e da função cerebelar.

Objetivo 2. Determinar a associação entre mudança locomotora melhorada e automaticidade da marcha e função cognitiva dos indivíduos. Hipótese: a automaticidade da caminhada inicial e o controle executivo irão prever melhorias na troca locomotora. Isso se baseia na evidência de que a comutação motora está diretamente associada a tarefas cognitivas dependentes dos gânglios da base, como a mudança de configuração.

Objetivo 3. Determinar até que ponto a adaptabilidade locomotora melhorada pode melhorar a mobilidade. Hipótese: as alterações na adaptabilidade locomotora não serão exclusivas do contexto laboratorial, mas se generalizarão para outras tarefas locomotoras que exijam adaptabilidade, medida na Avaliação Funcional da Marcha.

Esses resultados fornecerão dados preliminares sólidos para um estudo futuro para explorar essas associações em uma amostra maior com medidas mais abrangentes de contribuintes de mobilidade, neuroimagem para integridade de regiões cerebrais importantes e medidas objetivas de mobilidade da comunidade. Esses resultados identificarão novos contribuintes para a perda de mobilidade comunitária em adultos mais velhos e poderão identificar novos alvos terapêuticos para intervenções que melhorem a adaptação da marcha para prevenir quedas e aumentar a independência.