Повышение автоматизма походки у пожилых людей путем использования локомоторной адаптации

Ограничения общественной мобильности, возможности выезжать за пределы дома, распространены в пожилом возрасте и способствуют инвалидности, институционализации и низкому качеству жизни. Успешная мобильность сообщества требует быстрой интеграции информации как извне (например, качество поверхности, расстояния) и внутренние (например, усталость, боль) к человеку. В нормальных условиях интеграция этих входов происходит в подкорково-лобных (например, от базальных ганглиев и мозжечка к первичной моторной коре) сетях и способствует автоматическому моторному контролю с небольшими требованиями к сетям, связанным с вниманием, которые в основном находятся в префронтальной коре (ПФК). . По мере снижения автоматизма походки у пожилых людей6 активация префронтальной коры при ходьбе возрастает. Отсутствие автоматизма походки может мешать мобильности сообщества, поскольку префронтальная кора больше не может обрабатывать другую информацию для навигации в среде сообщества. Еще одним потенциальным фактором снижения мобильности сообщества является снижение двигательной адаптации. В частности, пожилые люди медленнее приспосабливаются к своим движениям при взаимодействии с новой средой и испытывают больше трудностей при переключении двигательных паттернов при переходе через разные условия ходьбы. Эта трудность переключения двигательных паттернов связана с когнитивной способностью к переключению, которая зависит от сходных подкорково-лобных процессов, лежащих в основе моторного контроля. В то время как локомоторная адаптация снижается при нормальном старении, данные нашей лаборатории показывают, что пожилые люди сохраняют пластичность и могут улучшить локомоторную адаптацию. Наша центральная гипотеза заключается в том, что способность улучшать локомоторную адаптацию выше у лиц с более высоким автоматизмом походки и большей целостностью префронтально-подкорковых связей.

Степень автоматизма походки можно проверить, увеличив когнитивную нагрузку во время ходьбы (например, выполнив когнитивное задание во время ходьбы) и измерив соответствующую реакцию префронтальной коры. Небольшие изменения в активности префронтальной коры и двигательной активности в ответ на наложенную когнитивную нагрузку указывают на сохранность автоматизма походки. И наоборот, значительное изменение активности префронтальной коры для поддержания двигательной активности при добавлении когнитивной нагрузки указывает на снижение автоматизма походки. Локомоторную адаптивность можно измерить, манипулируя ходьбой на беговой дорожке с расщепленным ремнем, где ноги двигаются с разной скоростью. Можно измерить скорость адаптации к среде с расщепленным ремнем, а также способность переключать двигательные модели с расщепленного ремня на ходьбу по земле. Обнадеживающие данные наших лабораторий (n = 8) показывают, что у участников старшего возраста улучшается двигательная адаптация после многократного перехода между состоянием разделения (соотношение скоростей ремней 2:1) и обычной ходьбой (соотношение скоростей ремней 1:1). Однако ни основные механизмы, ни клиническая значимость таких улучшений неизвестны.

Исследователи проверят следующее: 1) степень улучшения двигательной адаптации у лиц в возрасте 65 лет и старше; 2) связь между исходным автоматизмом ходьбы (т.е. меньшей активностью префронтальной коры при ходьбе с когнитивной нагрузкой) и префронтально-подкорковой функцией (измеряется с помощью нейропсихологического тестирования); и 3) приводит ли улучшение двигательной адаптируемости к улучшению функциональной оценки походки (FGA), клинически значимого показателя динамического равновесия и подвижности у пожилых людей. Чтобы ответить на эти вопросы, исследователи объединят инновационные методы из нескольких лабораторий Питтсбургского университета. Автоматическое управление двигателем (Dr. Россо) будет оцениваться с помощью беспроводной функциональной спектроскопии в ближнем инфракрасном диапазоне (fNIRS) префронтальной коры во время сложных условий ходьбы (ходьба по неровной поверхности и ходьба с повторением каждой второй буквы алфавита). fNIRS позволяет в режиме реального времени оценивать активность коры головного мозга, когда участник находится в вертикальном положении и движется, путем измерения изменений оксигенированного и деоксигенированного гемоглобина на основе света. Локомоторная адаптация (Dr. Торрес-Овьедо) будет оцениваться с помощью протокола ходьбы с разделенным поясом (т. функция ганглиев. Исследователи сосредоточатся на двух важных аспектах двигательной адаптации, которые исследователи количественно определили ранее: (Цель 1) скорость, с которой люди адаптируются к новой (расщепленной) среде ходьбы, и (Цель 2) способность переходить между различными моделями ходьбы (т. е., расщепленный пояс и модели ходьбы по земле), определяемые как переключение двигателя. Скорость адаптации и переключение двигателя количественно оценивают с помощью асимметрии длины шага, которая представляет собой разницу между длиной шага, сделанного одной ногой, по сравнению с другой. Исследователи сосредоточатся на этом параметре походки, потому что он надежно характеризует адаптацию походки, вызванную протоколами ходьбы с расщепленным поясом. Наконец, исследователи количественно оценят когнитивную функцию участника (д-р. Вайнштейна) посредством нейропсихологической батареи, чувствительной к префронтально-подкорковой функции. Исследователи в основном сосредоточатся на оценке 1) способности к обучению, зависящей от структур мозжечка, и 2) оценке исполнительной функции, в значительной степени зависящей от префронтальной коры и, в меньшей степени, от базальных ганглиев.

С помощью этих данных следователи смогут решить следующие задачи:

Цель 1. Определить связь между улучшением скорости двигательной адаптации и 1) автоматизмом походки и 2) когнитивной функцией. Гипотеза: изменения в скорости адаптации будут предсказываться начальным автоматизмом ходьбы и способностью к обучению, опосредованной мозжечком. Это основано на доказательствах того, что двигательная адаптация во время ходьбы с расщепленным поясом зависит от базальных ганглиев и функции мозжечка.

Цель 2. Определить связь между улучшением локомоторного переключения, автоматизмом походки и когнитивной функцией человека. Гипотеза: первоначальный автоматизм ходьбы и исполнительный контроль будут предсказывать улучшение локомоторного переключения. Это основано на доказательствах того, что переключение моторики напрямую связано с когнитивными задачами, зависящими от базальных ганглиев, такими как смена установок.

Цель 3. Определить, в какой степени улучшенная двигательная адаптивность может улучшить подвижность. Гипотеза: изменения в локомоторной приспособляемости не будут исключительными для лабораторного контекста, а будут распространяться на другие двигательные задачи, требующие приспособляемости, что измеряется в функциональной оценке походки.

Эти результаты предоставят убедительные предварительные данные для будущего исследования, чтобы изучить эти ассоциации в более крупной выборке с более полными показателями участников мобильности, нейровизуализацией целостности ключевых областей мозга и объективными показателями мобильности сообщества. Эти результаты позволят определить новые факторы, способствующие потере мобильности в обществе у пожилых людей, и могут определить новые терапевтические цели для вмешательств, которые улучшают адаптацию походки для предотвращения падений и повышения независимости.