Aqui oferecemos um protocolo que permite ao usuário alterar seletivamente os recursos e/ou restrições sobre movimentos relevantes para recuperar o equilíbrio após perturbação postural.
A avaliação do equilíbrio reativo tradicionalmente impõe algum tipo de perturbação à postura vertical ou marcha seguida de medição do comportamento corretivo resultante. Essas medidas incluem respostas musculares, movimentos de membros, forças de reação do solo e até mesmo medidas neurofisiológicas diretas, como eletroencefalografia. Usando essa abordagem, pesquisadores e clínicos podem inferir alguns princípios básicos sobre como o sistema nervoso controla o equilíbrio para evitar uma queda. Uma limitação com a forma como essas avaliações são utilizadas atualmente é que elas enfatizam fortemente as ações reflexivas sem a necessidade de rever reações posturais automáticas. Tal foco exclusivo nessas reações altamente estereotipadas não abordaria adequadamente como podemos modificar essas reações caso surja a necessidade (por exemplo, evitando um obstáculo com um passo de recuperação). Isso parece ser uma omissão gritante quando se considera a enorme complexidade dos ambientes que enfrentamos diariamente. No geral, o status quo ao avaliar o controle neural do equilíbrio não consegue expor verdadeiramente como recursos cerebrais mais altos contribuem para evitar quedas em cenários complexos. O presente protocolo oferece uma maneira de exigir a supressão de reações de equilíbrio corretivo automáticas, mas inadequadas, e forçar uma seleção entre escolhas alternativas de ação para recuperar com sucesso o equilíbrio após perturbação postural.
Apesar da correlação reconhecida entre quedas e declínio cognitivo1,2,3, uma grande lacuna persiste em entender o que o cérebro realmente faz para nos ajudar a evitar uma queda. Em teoria, as demandas cognitivas seriam acentuadas à medida que a complexidade ambiental aumentasse e em situações em que precisamos rever o comportamento instintivo. No entanto, a maioria dos testes de equilíbrio não consegue tributar efetivamente a função cerebral mais alta, em vez de enfatizar reações reflexivas de retos. Embora fatores como a velocidade de resposta sejam essenciais para evitar uma queda, fatores cognitivos adicionais, como o controle inibidor e/ou a capacidade de selecionar ações apropriadas com base em um determinado contexto também podem ser importantes em determinadas situações. Como resultado, uma das razões pelas quais podemos não entender o papel do cérebro no equilíbrio reativo é devido aos protocolos de pesquisa atualmente em uso. Rogers et al. resumiram recentemente as diferentes maneiras pelas quais o controle de equilíbrio foi avaliado utilizando perturbação externa4. Esses métodos incluem tradução de plataforma, inclinações e/ou gotas, bem como o uso de sistemas automatizados que empurram, puxam ou removem suporte postural. Apesar da grande variedade de técnicas utilizadas para interromper o equilíbrio vertical, as reações corretivas resultantes são quase sempre feitas em um ambiente desobstruído, minimizando assim as restrições ao movimento. Aqui, propomos um método onde os processos cognitivos são necessários para substituir a ação pré-potente e selecionar respostas adequadas entre alternativas em uma tarefa de equilíbrio reativo.
Uma maneira comum de testar o equilíbrio reativo é impor perturbações posturais relativamente pequenas que podem ser comparadas usando uma reação de suporte fixo (tipicamente pés no lugar)5,6,7,8,9. Comparativamente, menos estudos se concentraram em reações de equilíbrio de mudança de suporte em resposta a perturbações via puxões de cintura, tradução de plataforma e liberação de um cabo de suporte Como exemplo, veja Mansfield et al.10. A importância deste último grupo pode ser apreciada reconhecendo que, quando as perturbações são grandes, as reações de mudança de suporte são a única opção para recuperar a estabilidade11. De fato, mesmo para perturbações menores que poderiam ser gerenciadas usando estratégias de pés no local (ou seja, quadril e/ou tornozelo), as pessoas frequentemente preferem pisar quando dada a escolha11. O valor no estudo dessas reações de mudança de apoio reside não apenas no fato de que uma maior magnitude de perturbação deve ser comvida, mas também nos desafios que emergem ao reposicionar os membros para estabelecer uma nova base de apoio. A presença de acessibilidades e/ou restrições à ação são uma parte regular de muitas configurações do mundo real. Isso força um processo de seleção para estabelecer uma nova base de apoio quando ocorre uma perda de equilíbrio. Para adaptar o comportamento a ambientes complexos, há uma demanda aumentada por maiores recursos cerebrais. Isso é especialmente verdade quando os membros devem estabelecer uma nova base de apoio. Enfatizar e expor papéis cognitivos no equilíbrio reativo a necessidade de reintroduzir a desordem e forçar uma estratégia de mudança de suporte com os membros parece lógico.
Uma maneira simples de entregar uma perturbação postural induzida externamente é a técnica lean & release, onde um indivíduo é subitamente liberado de uma inclinação para a frente apoiada. Esta abordagem permite avaliar as reações compensatórias para evitar uma queda para a frente e tem sido utilizada com sucesso em populações saudáveis e clínicas12,13,14. Embora a técnica de lean & release seja um pouco básica, ela oferece uma valiosa visão sobre a capacidade de equilíbrio reativo (por exemplo, a rapidez com que alguém pode iniciar uma etapa de recuperação ou determinar o número de passos necessários para recuperar a estabilidade). Para os propósitos atuais, a técnica lean & release fornece uma maneira simples de explorar papéis cognitivos em equilíbrio reativo, pois muitas das características de perturbação são mantidas constantes. Isso proporciona maior controle experimental sobre variáveis especificamente relevantes para a seleção de ações e inibição de resposta. Enquanto outros modos de perturbação postural normalmente dependem da imprevisibilidade em termos de direção, amplitude e tempo, o ambiente ao redor é sempre constante. Mesmo em estudos onde os blocos de pernas têm sido usados para enfatizar reações de alcance-a-compreensão15 os blocos são fixados no lugar sem necessidade de adaptar rapidamente comportamentos de pisada com base na presença ou ausência de um bloco de perna. Com o método atualmente proposto, podemos mudar o ambiente de forma a exigir adaptação comportamental para evitar uma queda.
Além de configurações laboratoriais que expõem inadequadamente os papéis cognitivos no equilíbrio reativo, outra questão importante é a forte dependência de medidas externas, como insets musculares, forças de reação do solo e captura de movimento de vídeo para inferir processos neurais. Embora essas medidas sejam valiosas, a dependência exclusiva dessas medidas falha em fornecer uma visão direta dos mecanismos neurais subjacentes que contribuem para o equilíbrio. Esse problema é agravado quando se considera que muito do que o cérebro pode fazer para evitar uma queda em ambientes complexos provavelmente acontece antes da queda. Os papéis preditivos na prevenção de quedas foram recentemente discutidos mais extensivamente16. As direções de pesquisa incluem prever a instabilidade futura17, construir mapas visuosespaciais à medida que avançamos pelo nosso ambiente18, e possivelmente formar contingências baseadas no meio ambiente mesmo sem o conhecimento prévio de uma queda19. Revelar tal preparação seria totalmente inacessível sem o uso de sondas neurofisiológicas diretas.
A abordagem de lean & release modificada como atualmente proposta oferece um meio de superar algumas das limitações existentes mencionadas. Isso é feito usando um cenário de teste onde os membros são necessários para estabelecer uma nova base de suporte em um ambiente exigente de escolha. Esta abordagem é aumentada pela inclusão de medidas diretas de atividade cerebral (por exemplo, estimulação magnética transcraniana, TMS) antes e depois da perturbação postural, que pode complementar medidas externas de produção de força e captura de movimento. Essa combinação de características experimentais representa uma importante inovação no campo para expor como o cérebro contribui para o equilíbrio em ambientes complexos onde a inibição de resposta e a seleção de ações entre as opções são solicitadas para evitar uma queda. Aqui demonstramos um novo método para testar o equilíbrio reativo em um cenário que enfatiza a necessidade de processos cognitivos para adaptar o comportamento, a fim de evitar uma queda. A combinação de obstáculos e acessibilidades para a ação força a necessidade de inibição de resposta, ação direcionada e seleção de resposta entre as opções. Além disso, demonstramos controle temporal preciso sobre o acesso visual, o tempo das sondas neurais, a alteração do ambiente de resposta e o início da perturbação postural.
Este sistema de lean & release modificado fornece uma nova maneira de avaliar os papéis cognitivos em equilíbrio reativo. Como acontece com o procedimento padrão de lean & release, a direção e a amplitude da perturbação postural são previsíveis para o sujeito enquanto o tempo de liberação do cabo é imprevisível. O que é único na abordagem atual é que o acesso à visão é precisamente controlado enquanto o assunto permanece fixo e o ambiente de resposta é alterado ao seu redor para criar diferentes oportunidades de ação e/ou restrições. Ao manipular a presença de obstáculos e acessibilidades, este método enfatiza processos cognitivos como a tomada de decisão (ou seja, a seleção de ações) e a inibição de resposta em relação à recuperação do equilíbrio.
O método proposto tem potencial para fornecer um vislumbre único do controle neural do equilíbrio, mas apresenta certas limitações. Por exemplo, ao utilizar o método lean & release, a liberação do cabo é iniciada a partir de uma inclinação para a frente, o que requer uma etapa de recuperação de equilíbrio pronunciada em comparação com outros métodos de perturbação postural externa10. Além disso, a direção e a magnitude da perturbação são previsíveis, o que pode levar à ativação antecipatório dos músculos que normalmente não estariam envolvidos em cenários de queda mais realistas. Finalmente, a visão é temporariamente ocluída antes do lançamento do cabo, que também se desvia da experiência diária de um indivíduo. Essas características tornam nossa avaliação do equilíbrio um pouco artificial e podem impedir a generalização em diferentes modos de perturbação. É importante reconhecer que a generalização das quedas do mundo real é sempre uma preocupação ao desenhar inferências sobre como o equilíbrio é controlado a partir de qualquer método de avaliação particular. De fato, um teste abrangente comumente reconhecido para a capacidade de equilíbrio não existe atualmente4. Para os propósitos atuais, uma queda definida permite que características de perturbação e configurações de resposta sejam mantidas constantes enquanto manipulam demandas cognitivas específicas que muitas vezes são negligenciadas ou inacessíveis nas avaliações tradicionais de equilíbrio. Esse controle experimental é benéfico, mas deve ser levado em consideração na interpretação dos resultados.
Como segunda limitação, a construção do equipamento de teste e as habilidades de engenharia necessárias podem representar um desafio para implementar esse método. Três estudantes de engenharia elétrica da Universidade Estadual de Utah construíram a plataforma, configuraram os eletrônicos e programaram microcontroladores para conduzir servomotores para a tampa da alça e o bloco de pernas. Os custos de construção foram modestos (ou seja, <$15.000 sem incluir as placas de força montadas na plataforma). No entanto, isso pode representar um desafio dependendo dos recursos disponíveis.
Foram obtidos insights específicos sobre o controle neural do equilíbrio por meio dessa abordagem. Esses exemplos indicam que a estimulação cerebral não invasiva pode ser usada para capturar conjuntos motores baseados na visualização de objetos em um contexto postural e oferecer uma técnica para avaliar a inibição de resposta usando respostas musculares. Notavelmente, a técnica de lean & release modificada poderia ser facilmente adaptada para incorporar outras sondas neurofisiológicas, como eletroencefalografia e espectroscopia funcional de infravermelho próximo. Mesmo sem a inclusão de medidas neurais diretas, projetos de estudo que se concentram inteiramente em forças externas, ativação muscular e cinemática podem fornecer uma visão importante sobre marcadores comportamentais de déficits cognitivos. Por exemplo, um interessante pedido de uso de placas de força para capturar turnos posturais antecipatórios durante uma tarefa de revisão reativa foi demonstrado por Cohen et al.26. Em seu estudo, os déficits na inibição de resposta em idosos foram revelados por deslocamento inadequado de peso, o que, por sua vez, levou a atrasos nos tempos de passo de escolha-reação. Tal abordagem poderia ser aplicada ao paradigma atual para obter medidas sensíveis de mudança de peso e erros de pisada.
Este novo método se constrói a partir de um teste de equilíbrio reativo estabelecido, onde os participantes são liberados de uma inclinação suportada, e agora inclui cenários que exigem flexibilidade comportamental. Desenhos de teste adequados para expor a inibição de resposta e a seleção de ação nos permitem uma maneira de aplicar conceitos da psicologia cognitiva ao domínio do controle do equilíbrio. Tal abordagem é necessária para se basear no reconhecimento de que o declínio cognitivo e a prevalência de queda estão correlacionados, e para obter uma compreensão mecanicista de como os recursos cognitivos evitam quedas. Presumivelmente, essa configuração poderia ser usada não apenas como ferramenta de pesquisa, mas também como um meio para treinar papéis cognitivos em equilíbrio. Um importante objetivo do trabalho contínuo em nosso laboratório é entender como o cérebro utiliza informações contextuais para atualizar qual movimento seria mais adequado para evitar uma queda dado o entorno. Pistas como a disponibilidade de uma mão estável ou uma potencial barreira de passos podem orientar qual resposta fazer caso a necessidade surja e possa moldar secretamente processos cerebrais preditivos16. Notavelmente, a capacidade de usar adequadamente essas informações pode se deteriorar com a idade se forem necessárias faculdades mentais como o controle de interferência sinomental ou a memória visual-espacial. Dada a relação entre declínio cognitivo e quedas1-3,a implementação de projetos de estudo que enfatizem a necessidade de integração de relevância contextual poderia fornecer uma visão valiosa sobre os déficits de equilíbrio em muitas populações vulneráveis.
The authors have nothing to disclose.
A pesquisa relatada nesta publicação foi apoiada pelo Instituto Nacional de Envelhecimento dos Institutos Nacionais de Saúde o Número de Prêmio R21AG061688. O conteúdo é de responsabilidade exclusiva dos autores e não representa necessariamente as opiniões oficiais dos Institutos Nacionais de Saúde.
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