JNER:经颅直流电刺激与运动认知任务相结合:对老年人双任务步行的影响

2021-09-17 MedSci原创 MedSci原创

在日常生活的许多活动中,步行并不是单独进行的。相反,它通常是在“双重任务”条件下完成的,例如,一边说话一边走路。与单独行走相比,这些具有挑战性的条件需要额外的注意力和认知能力。

在日常生活的许多活动中,步行并不是单独进行的。相反,它通常是在“双重任务”条件下完成的,例如,一边说话一边走路。与单独行走相比,这些具有挑战性的条件需要额外的注意力和认知能力。参与双重任务的认知能力部分由左背外侧前额叶皮质(lDLPFC)中的神经元负责,lDLPFC是一个在执行功能中起关键作用的大脑区域。这种对认知功能的依赖随着年龄的增长而增加,因为运动功能的自动性下降。同时,随着年龄的增长,这些认知功能无法完全弥补老年人常见的运动障碍。当一项认知任务在行走过程中执行时,这两项任务会争夺共享且有限的认知资源。双任务步行过程中共享认知资源的竞争会导致运动认知干扰。在老年人中,双重任务步行容易跌倒,并在未来承受严重的后果。 

经颅直流电刺激(tDCS)是一种无创、安全且经济的选择性调节皮质兴奋性的方法。有研究表明,坐姿期间以初级运动皮层(M1)为靶点的阳极TDC改善了运动功能和步态模式。tDCS研究还考察了在坐姿和休息时以lDLPFC为靶点对认知和/或运动功能的影响。用于同时促进这两个区域兴奋性的多靶点TDC将对运动认知干扰产生特别有益的影响,这种干扰通常发生在老年人的双任务步行过程中。

目前尚不清楚tDSC与行为任务激活神经的组合是否对双任务行走产生的运动认知干扰产生积极、消极或无影响。此外,还没有使用多靶点刺激研究tDCS与相关任务同时执行的效果。为了解决这些问题,在本研究中,研究了多靶点TDC对双任务步行性能的即时后效效应,多靶点tDSC旨在同时促进M1和lDLPFC在复杂环境中行走时的兴奋性。本文发表在《Journal of NeuroEngineering and Rehabilitation》。

一项双盲交叉试点研究评估了25名健康老年人的初级运动皮质(M1)和左背外侧前额叶皮质(lDLPFC)在靶向阳极tDSC 20分钟的效果 ±。三种刺激条件在三个单独的阶段进行评估:(1)在复杂环境中行走时的tDCS(tDCS) + 步行,(2)坐着时的tDCS(tDCS + (3)在有假tDSC的复杂环境中行走(假TDC) + 步行)。复杂的步行条件利用虚拟现实来训练运动和认知能力。在每次训练中,在刺激前后立即评估常规步行、双任务步行、安静站立摇摆和认知功能(如Stroop测试)。

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实验流程

DCS设备小巧便携,通过蓝牙连接到计算机,其电极连接到适合每个受试者头部大小的头盖上,从而可以同时进行步行和tDCS刺激。使用3个可穿戴惯性测量装置(Opal,APDM,美国)和25米走道(Zeno mat,PKMAS软件,美国)记录步态和姿势摆动参数。步态评估包括:(a)单任务常规步行,(b)双任务步行,(c)单任务安静站立(30s),(d)双任务安静站立(30s)。在步态测试期间,受试者在人行道上来回行走(即50米的行走距离)。

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患者训练

用于促进M1和lDLPFC的多靶点TDC单次治疗减少了双任务对步态的负面影响。双任务成本反映在步态速度和步态变异性、规律性、节奏和双支撑的测量中。相反,假刺激行走(假刺激) + 步行)或不步行的tDCS(tDCS + 坐姿)不会导致双重任务或认知表现的变化。结果表明,观察到的tDCS和步行联合情况的影响不仅仅是由于安慰剂效应,也不是由于在认知要求条件下步行本身的影响。与坐姿休息相比,如果在具有认知挑战性的步行任务中使用tDCS,则tDCS在降低双重任务成本方面可能更有效。刺激与具有挑战性的行走条件相结合,在干预后立即导致皮质兴奋性增强,进而导致运动认知干扰的减少,这反映在双任务成本的降低上。本文首次表明,在tDCS期间,在认知要求高的环境中同时行走的表现增强了tDCS对老年人双任务步态成本的影响。

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双任务成本对tDCS条件前后步态速度的影响

除了减轻双任务对步速的影响外,在步行过程中提供的tDCS还改善了双任务步态的其他几个方面,以及刺激后立即测试的执行功能。干扰条件是认知上最具挑战性的条件(其他Stroop条件的数据未显示)。通常的行走步态速度没有改善,站立摆动和认知功能的其他方面也没有从这种组合中受益。对于这些积极和消极的研究结果,一个简单的解释是,观察到认知和运动方面的结果指标都有所改善,这与具有挑战性的行走条件更为相似。另一方面,并不是所有的运动和认知过程在联合治疗后都得到了改善,只有那些被联合治疗和tDCS所针对的运动和认知过程得到了改善。

总之,当老年人在刺激后进行测试时,在步行过程中的经颅脑刺激降低了他们步行的双重任务成本,这可能为更优化的神经康复奠定基础。

Schneider, N., Dagan, M., Katz, R. et al. Combining transcranial direct current stimulation with a motor-cognitive task: the impact on dual-task walking costs in older adults. J NeuroEngineering Rehabil 18, 23 (2021). https://doi.org/10.1186/s12984-021-00826-2

 

 

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