Visuell-räumliches Arbeitsgedächtnis und Hindernisüberwindung bei jungen und älteren Menschen

Abstrakt

Das Überqueren von Hindernissen erfordert ein visuelles Arbeitsgedächtnis, um die Flugbahn des nachlaufenden Beins zu steuern, wenn die Sicht nicht verfügbar ist. Das mit neuropsychologischen Tests ermittelte visuell-räumliche Arbeitsgedächtnis lässt mit zunehmendem Alter nach, dies muss jedoch noch funktionell beim Überqueren von Hindernissen untersucht werden. Es gibt auch Hinweise darauf, dass die visuelle Kodierung während einer sekundären Aufgabe die Gleichgewichtskontrolle beim Treten und Gehen bei älteren Menschen beeinträchtigt. Hier untersuchten wir die Interaktionseffekte von Alter durch Verzögerung (Studie 1) und Alter durch sekundäre visuell-räumliche Aufgabenbedingungen (Studie 2) auf die Hindernisüberwindung in einer vom visuellen Arbeitsgedächtnis gesteuerten Hindernisüberquerungsaufgabe.
Gesunde junge Erwachsene im Alter von 19 bis 36 Jahren (n=20 in Studie 1 und n=17 in Studie 2) und gesunde ältere Erwachsene im Alter von 66 bis 83 Jahren (n=29 in Studie 1 und n =21 in Studie 2) wurden angewiesen, mit ihrem Vorderbein über ein Hindernis zu steigen und es für eine Weile zu spreizen, bevor sie die Überquerung mit ihrem Hinterbein abschließen. In Studie 1 wurden zwei Hindernishöhenbedingungen (12 cm, 18 cm) und zwei Verzögerungsdauern (20 s, 60 s) in zufälliger Reihenfolge dargestellt. In Studie 2 mussten sich die Teilnehmer entweder keiner sekundären Aufgabe (Kontrolle), einer visuell-räumlichen sekundären Aufgabe (Sternbewegung) oder einer nichträumlichen sekundären Aufgabe (Rechenaufgabe) widmen, während sie am Hindernis für eine Verzögerungsdauer von 20 s über das Hindernis sprangen Höhen von 12 cm und 18 cm, zufällig präsentiert. Die Kinematik des Nachlaufbeins (Mittelwert und Variabilität des maximalen Zehenabstands über dem Hindernis) wurde mittels Bewegungserfassung bestimmt.

Latenz ist die Zeit, die eine Person benötigt, um Informationen zu empfangen und zu reagieren. Die Verzögerungszeit jeder Person variiert je nach Faktoren wie Alter, Gesundheitszustand und persönlichen Fähigkeiten. Allerdings können Menschen ihre Latenz durch ständiges Training und Bewegung verkürzen. Es besteht ein enger Zusammenhang zwischen Latenz und Gedächtnis.

Das menschliche Gehirn ist ein Organ voller Wunder. Es nimmt kontinuierlich neue Informationen auf, klassifiziert, analysiert und speichert diese Informationen, bis sie benötigt werden. Was die Latenz betrifft, müssen Menschen Informationen schnell verarbeiten, damit sie diese schnell verarbeiten und präzise reagieren können. Wenn unsere Latenzzeit reduziert wird, kann unser Gehirn Informationen schneller verarbeiten, schneller reagieren und neue Fähigkeiten besser erlernen.

Andererseits ist unser Gedächtnis eine wichtige Funktion des Gehirns, und auch die Latenz ist untrennbar mit dem Gedächtnis verbunden. Unser Gehirn speichert neue Informationen, indem es sie mit alten Informationen verknüpft. Normalerweise kategorisiert und sortiert unser Gehirn Informationen automatisch in die entsprechende Speicherbank. Wenn wir jedoch zu lange warten, beginnt unser Gehirn, diesen automatischen Prozess aufzugeben und sich lieber an die wichtigsten Informationen zu erinnern.

Eine wirksame Möglichkeit, Latenz und Gedächtnis zu verbessern, besteht darin, unser Gehirn zu trainieren. Ähnlich wie körperliche Betätigung benötigt auch unser Gehirn regelmäßiges Training und Bewegung, um gesund zu bleiben. Beispielsweise können wir unser Gehirn trainieren, indem wir mathematische Aufgaben lösen, Wörter auswendig lernen oder Logikspiele spielen, wodurch wir unsere Latenz verkürzen und unser Gedächtnis verbessern.

Insgesamt besteht ein starker Zusammenhang zwischen Latenz und Gedächtnis. Wenn wir durch ständiges Training unsere Latenz verringern und unser Gedächtnis verbessern können, können wir Informationen besser verarbeiten und neue Fähigkeiten besser erlernen. Kontinuierliches Training unseres Gehirns ist auch ein positives Verhalten, das uns helfen kann, in unserem täglichen Leben selbstbewusster und erfolgreicher zu sein. Es ist ersichtlich, dass wir das Gedächtnis verbessern müssen. Cistanche deserticola kann das Gedächtnis deutlich verbessern. Cistanche deserticola ist ein traditionelles chinesisches Arzneimittel, das viele einzigartige Wirkungen hat, darunter die Verbesserung des Gedächtnisses. Die Wirksamkeit von Hackfleisch beruht auf den verschiedenen darin enthaltenen Wirkstoffen, darunter Säure, Polysaccharide, Flavonoide usw. Diese Inhaltsstoffe können die Gesundheit des Gehirns auf verschiedene Weise fördern.

Klicken Sie auf „Erfahren Sie, wie Sie das Kurzzeitgedächtnis verbessern können“.

Es gab keine statistisch signifikanten Interaktionen zwischen Alter und Verzögerung oder Alter und sekundären Aufgaben. In Studie 1 war die Variabilität der Zehenfreiheit bei jungen Erwachsenen signifikant größer und nahm in beiden Gruppen mit zunehmender Verzögerungsdauer zu. In Studie 2 war die Variabilität der Zehenfreiheit im Vergleich zur Kontrollbedingung in der nicht-räumlichen sekundären Aufgabenbedingung signifikant größer, nicht jedoch in der visuell-räumlichen Bedingung. Im Gegensatz zu unseren Hypothesen deuten diese Ergebnisse darauf hin, dass sowohl junge als auch ältere Erwachsene eine Hindernisdarstellung über das visuelle Arbeitsgedächtnis für eine Dauer von mindestens 60 Sekunden speichern und diese Informationen nutzen können, um ihr Hinterbein sicher über ein Hindernis zu überwinden.
Die Zunahme der Variabilität des Zehenabstands des Hinterbeins mit der Verzögerungsdauer deutet jedoch darauf hin, dass sich die Hindernisdarstellung bereits innerhalb der ersten 20 Jahre unabhängig vom Alter zu verschlechtern beginnt. Die Studie, dass die Durchführung einer gleichzeitigen Rechenaufgabe die durch das visuelle Arbeitsgedächtnis gesteuerte Hindernisbewältigung beeinträchtigt, deutet auf ein möglicherweise erhöhtes Stolperrisiko beim Überqueren von Hindernissen bei Doppelaufgaben bei jungen und älteren Menschen hin.

Schlüsselwörter

Alter · Hindernisvermeidung · Arbeitsgedächtnis · Sekundäre Aufgabe · Visuell-räumliche Verarbeitung.

Einführung

Die meisten Stürze bei älteren Menschen ereignen sich beim Gehen und beim Überqueren von Hindernissen und machen 50–70 % bzw. 11 % der Stürze aus (Lord et al. 2007; Milat et al. 2009). Dies ist nicht überraschend, da das Überqueren von Hindernissen eine häufige Herausforderung beim Gehen im täglichen Leben darstellt, beispielsweise beim Ausweichen vor Rissen in einem Fußweg oder beim Treppensteigen. Eine Fehlanpassung des Gangs an ein Hindernis kann zu einem Zusammenstoß und einem Sturz führen.

Das Überwinden von Hindernissen ist eine komplexe zielgerichtete Aufgabe, die kognitive Prozesse auf höherer Ebene erfordert, einschließlich exekutiver Funktionen, Aufmerksamkeit, visuell-räumlicher Verarbeitung und motorischer Planung (Chen et al. 2017; Mirelman et al. 2017; Mollaei et al. 2017; Shumway- Cook et al. 2007; Yogev-Seligmann et al. 2008). Jüngsten Studien an Vierbeinern und Menschen zufolge ist das visuelle Arbeitsgedächtnis (VSWM) stark an der Überwindung von Hindernissen beteiligt. Dabei bezieht es sich auf die vorübergehende Speicherung visuell-räumlicher Informationen, die zur Steuerung des laufenden Verhaltens dienen (Baddeley 2003; Pasternak et al. 2005). Diese Form des Arbeitsgedächtnisses ist besonders wichtig beim Überqueren von Hindernissen, wo eine gespeicherte visuelle räumliche Darstellung eines Hindernisses verwendet wird, um beide Beine über das Hindernis zu führen, wenn eine direkte Visualisierung des Hindernisses nicht mehr verfügbar ist (Yogev-Seligmann et al. 2008; Lajoie et al. 2012; Mohagheghi et al. 2004; Rhea et al. 2011; Shinya et al. 2012).

Studien an Katzen und Pferden haben gezeigt, dass Vierbeiner ein Hindernis erfolgreich mit ihren Vorderbeinen überwinden und es für eine Verzögerungszeit rittlings zwischen Vorder- und Hinterbeinen überqueren können, bevor sie das Hindernis anschließend mit ihren Hinterbeinen überqueren (McVea et al. 2006; McVea et al. 2007). ; Whishaw et al. 2009; Wong et al. 2017). Diese Aufgabe basiert auf VSWM, um das Überqueren von Hindernissen mit dem Hinterbein zu steuern, da keine Visualisierung des Hindernisses möglich ist. In diesen Experimenten wurden präzise visuell-räumliche Informationen über die Höhe des Hindernisses (nachgewiesen durch das Herausklettern der Hinterbeine über das Hindernis) für Verzögerungsdauern von bis zu 10 Minuten bei Katzen (McVea et al. 2006; McVea et al. 2007) und 15 Minuten bei Katzen gespeichert Pferde (Whishaw et al. 2009). Unter Verwendung eines ähnlichen Hindernisüberwindungsparadigmas bei jungen Erwachsenen haben Lajoie et al. (Lajoie et al. 2012) zeigten, dass junge Erwachsene ebenfalls für Verzögerungsdauern von mindestens 2 Minuten präzise visuelle Informationen über die Höhe eines Hindernisses behalten können, was durch die entsprechende Skalierung ihres Hinterbeins über das Hindernis nach der Verzögerungsdauer gezeigt wird.

Insbesondere wurde festgestellt, dass sich VSWM mit zunehmendem Alter verschlechtert. Dieser altersbedingte Rückgang wurde anhand verschiedener Pen-and-Paper-Tests von VSWM umfassend nachgewiesen, wobei ältere Erwachsene deutlich schlechtere Leistungen erbrachten als junge Erwachsene (Mattay et al. 2006; Heinzel et al. 2017; Lubitz et al. 2017; Suzuki, et al. 2018). Darüber hinaus wurde auch gezeigt, dass die Genauigkeit einer VSWM-gesteuerten Greifreaktion der oberen Gliedmaßen mit zunehmendem Alter abnimmt (Cheng et al. 2012). Der Rückgang der funktionellen VSWM mit zunehmendem Alter ist jedoch nach wie vor kaum verstanden und wurde bisher nicht im Zusammenhang mit dem Überqueren von Hindernissen für die unteren Gliedmaßen untersucht.

Darüber hinaus ist Dual-Tasking eine häufige Anforderung im täglichen Leben, beispielsweise das Führen einer Unterhaltung beim Gehen. Frühere Dual-Task-Studien haben gezeigt, dass die Durchführung einer sekundären kognitiven Aufgabe die Leistung bei Gang- und Gleichgewichtsaufgaben erheblich beeinträchtigt, was das Sturzrisiko erhöhen kann (Yogev-Seligmann et al. 2008; Worden et al. 2016; Maylor et al. 1996; Woollacott et al. 2002; Menant et al. 2014). Diejenigen, die sich auf das Überwinden von Hindernissen konzentriert haben, haben die schädlichen Auswirkungen des Alterns (Brown et al. 2005; Kim et al. 2007) und von Aufgaben bestätigt, die den Blick ablenken (Worden et al. 2016; Cho et al. 2019) oder eine erhöhte Aufmerksamkeit des VS erfordern (Lo et al. 2015) zur sicheren Freigabe und/oder zur Ausführung sekundärer Aufgaben. Ein Vergleich der Auswirkungen sekundärer Aufgaben, bei denen verschiedene kognitive Bereiche genutzt werden, auf die Leistung beim Überwinden von Hindernissen bei jungen und älteren Erwachsenen muss jedoch noch untersucht werden.

Ein Dual-Task-Paradigma kann sich als nützlich erweisen, um zu untersuchen, welche Art von kognitiver Sekundäraufgabe die Hindernisdarstellung bei VSWM beeinträchtigt und sich dadurch negativ auf das Überwinden von Hindernissen bei älteren Menschen auswirkt. Wir und andere haben berichtet, dass visuell-räumliche kognitive Aufgaben im Vergleich zu nichträumlichen kognitiven Aufgaben die Gleichgewichtskontrolle beim Stehen, Treten und Gehen stärker beeinträchtigen, möglicherweise aufgrund der Konkurrenz um gemeinsame Netzwerke für die Kodierung räumlicher Informationen (Menant et al. 2014; Sturnieks et al. 2008a; Woollacott et al. 2008; Barra et al. 2006; Kerr et al. 1985; Nadkarni et al. 2010).

Um die oben genannten Probleme anzugehen, haben wir zwei ergänzende Studien durchgeführt. Studie 1 untersuchte die Auswirkungen von Alter und Verzögerungsdauer auf die Hindernisdarstellung im VSWM anhand kinematischer Daten (Zehenfreiheit). Wir stellten die Hypothese auf, dass sich die Interaktion zwischen Altersgruppe und Verzögerungsdauer auf kinematische Daten auswirkt, wobei junge und ältere Teilnehmer bei der kürzeren Verzögerungsdauer keinen signifikanten Unterschied im Mittelwert und in der Variabilität des Zehenabstands hätten. Bei der längeren Verzögerungsdauer würden jedoch ältere Teilnehmer eine deutlich größere Variabilität des Zehenabstands des Hinterbeins aufweisen als junge Teilnehmer. Diese Hypothese wurde vor Datenanalysen im Open Science Framework (osf.io/f65b4) registriert.

Studie 2 untersuchte die Auswirkungen einer visuell-räumlichen kognitiven Aufgabe im Vergleich zu einer nichträumlichen kognitiven Aufgabe auf die Hindernisdarstellung im VSWM während einer Aufgabe zum Überqueren von Hindernissen bei jungen und älteren Erwachsenen. Wir stellten die Hypothese auf, dass, wenn das Überqueren von Hindernissen von VSWM abhängig ist: (i) die visuell-räumliche kognitive Aufgabe im Vergleich zur nichträumlichen kognitiven Aufgabe und der Kontrollaufgabe zu einem größeren Anstieg der intraindividuellen Variabilität des Zehenabstands des Hinterbeins während des Überquerens von Hindernissen führen würde; und (ii) dieser Effekt wäre bei älteren Erwachsenen stärker ausgeprägt. Wir stellten daher die Hypothese auf, dass sich eine Dual-Task-Bedingung aufgrund der Interaktion zwischen Altersgruppen auf die Variabilität des Zehenabstands auswirkt, was vor der Datenanalyse im Open Science Framework (osf.io/t3c8e) registriert wurde.

Methoden

Teilnehmer

Zwanzig gesunde junge Erwachsene und 29 gesunde ältere Erwachsene nahmen an Studie 1 teil, und 17 gesunde junge Erwachsene und 21 gesunde ältere Erwachsene nahmen an Studie 2 teil. Junge Teilnehmer wurden aus dem Personal und Studenten von Neuroscience Research Australia (NeuRA) rekrutiert, ältere Teilnehmer dagegen rekrutiert aus dem NeuRA-Freiwilligenregister und früheren Forschungsteilnehmern, die Interesse an zukünftigen Studien bei NeuRA bekundet hatten (Sturnieks et al. 2019).

Die Einschlusskriterien waren ein Ergebnis des Mini-Mental State Examination (MMSE) (Tombaugh 1992) von mindestens 24, Unabhängigkeit bei Aktivitäten des täglichen Lebens und die Fähigkeit, mindestens 20 m ohne Verwendung einer Mobilitätshilfe zu gehen. Die Ausschlusskriterien waren medizinische oder psychologische Umstände, die eine sichere Teilnahme an der Studie ausgeschlossen haben könnten. Alle Teilnehmer gaben eine schriftliche Einverständniserklärung ab, die von der Ethikkommission für Humanforschung der University of New South Wales (HC15580) genehmigt wurde.

Protokoll

Die Teilnehmer besuchten NeuRA einmal (einzelne Studie) oder zweimal (beide Studien) zur Beurteilung und absolvierten zunächst eine kurze Reihe neuropsychologischer Tests. Diese Studie adaptierte das von Lajoie und Kollegen beschriebene Paradigma der Hindernisüberwindung (Lajoie et al. 2012). Hier war das Hindernis ein 1 m langer, hellgrün gestrichener Holzstab mit 1 cm Durchmesser, der an einem Ende an einer Strebe befestigt war (Abb. 1), die den Stab in zwei verschiedenen Höhen halten konnte – 18 cm (hoch) und 12 cm cm (niedrig) (Abb. 1). Die in beiden Studien verwendete Auswahl von zwei unterschiedlichen Hindernishöhen (in zufälliger Reihenfolge dargestellt) sollte sicherstellen, dass die Teilnehmer bei jedem Versuch auf die Hindernishöhe aufmerksam blieben, und verhindern, dass die Teilnehmer ein erlerntes motorisches Muster zum Überwinden des Hindernisses erwerben. Die Hindernishöhe von 18 cm wurde ausgewählt, um die Standardstufenhöhe in Australien zu reproduzieren (Standards Association of Australia 1992), während die Hindernishöhe von 12 cm so gewählt wurde, dass sie sich ausreichend von der früheren Hindernishöhe unterscheidet. Den Teilnehmern wurden Standardschuhe im Oxford-Stil zur Verfügung gestellt, die sie während des gesamten Experiments tragen konnten, und sie wurden gefragt, welches Bein sie wählen würden, um auf einem Bein zu stehen, um die Beindominanz festzustellen.

Beschreibende Tests

Die Mini-Mental-State-Prüfung (MMSE) lieferte eine globale Messung der kognitiven Funktion, um die Erfüllung der Einschlusskriterien festzustellen (Tombaugh 1992). Der Trail-Making-Test (TMT) bewertete die exekutiven Funktionen der kognitiv-motorischen Geschwindigkeit und die Fähigkeit zum Aufgabenwechsel. Die Differenz zwischen den Teilen A und B des Tests wurde berechnet, um ein Maß für die exekutive Funktion zu liefern (durch Eliminierung der Geschwindigkeits- und Motorelemente). aus der Testdurchführung) (Wechsler et al. 1981). Der Wechsler Adult Intelligence Scale-III (WAIS-III) Digit Span Backwards-Subtest bewertete das verbale Arbeitsgedächtnis (Wechsler et al. 1997); und die visuell-räumliche Sternbewegungsaufgabe bewertete das visuell-räumliche Arbeitsgedächtnis (Menant et al. 2014; Sturnieks et al. 2008a). Abschließend wurde die korrigierte Sehschärfe binokular mit einem 6 m-logMAR-Diagramm beurteilt.

Studie 1

In Studie 1 führten die Teilnehmer einen Block mit sechs Kontrollversuchen durch, gefolgt von zwei Blöcken mit jeweils zwölf experimentellen Versuchen. Zwischen den einzelnen Blöcken wurde den Teilnehmern eine Ruhepause eingeräumt. Vor den Kontrollversuchen führten die Teilnehmer einige Übungsversuche durch, um die individuelle Ausgangsposition zu ermitteln und sich mit den Schuhen und der Spreizungsaufgabe vertraut zu machen.

Kontrollversuche Zu Beginn jedes Versuchs standen die Teilnehmer an einer festen Startposition vor dem Hindernis. Auf mündliche Anweisung hin machten die Teilnehmer einen Schritt mit dem nicht dominanten Bein, stiegen dann mit dem dominanten (führenden) Bein über das Hindernis, bevor sie sofort mit dem nicht dominanten (hinteren) Bein über das Hindernis stiegen und einige Schritte weitergingen Überqueren Sie eine Endlinie in ca. 2 m Entfernung.

Versuchsdurchgänge Zu Beginn jedes Versuchsdurchgangs standen die Teilnehmer an einer festen Startposition vor dem Hindernis. Nach mündlicher Anweisung machten die Teilnehmer einen Schritt mit dem nicht dominanten Bein und stiegen dann mit dem dominanten (führenden) Bein über das Hindernis. Zu diesem Zeitpunkt mussten die Teilnehmer für eine von zwei Verzögerungsperioden – 20 Sekunden (kurz) und 60 Sekunden (lang) – auf dem Hindernis bleiben. Während der Verzögerungszeit wurden die Teilnehmer angewiesen, still zu bleiben und nicht auf das Hindernis herabzublicken, sondern ihren Blick auf ein visuelles Ziel (ein schwarz-weißes Kreuz) zu richten, das 4 m vor ihnen auf Augenhöhe platziert war. Während dieser Zeit senkte ein Prüfer (verborgen hinter einem Vorhang und außerhalb der Sicht des Teilnehmers) das Hindernis ohne Wissen des Teilnehmers auf den Boden, um sicherzustellen, dass der Teilnehmer das Hindernis nicht berührte, wenn er dessen Höhe unterschätzte. Nach der Verzögerungszeit signalisierte ein Piepton dem Teilnehmer, mit seinem nicht dominanten (nachlaufenden) Bein über das Hindernis zu treten, ohne auf das Hindernis hinunterzuschauen (Abb. 2). Die Hindernishöhe und die Verzögerungsdauer wurden in den experimentellen Versuchen in zufälliger Reihenfolge dargestellt.

Studie 2

In Studie 2 mussten die Teilnehmer entweder keine sekundäre Aufgabe (Kontrolle), eine visuell-räumliche sekundäre Aufgabe (Sternbewegung) oder eine nichträumliche sekundäre Aufgabe (Rechen) erledigen, während sie das Hindernis für eine Verzögerungsdauer von 20 Sekunden überquerten. Die Teilnehmer führten sechs Versuche zu jeder Erkrankung durch (drei in jeder Körpergröße), die in blockrandomisierter Reihenfolge präsentiert wurden. Die Verzögerungsdauer von 20 Sekunden wurde gewählt, um Ermüdung und Monotonie zu minimieren.

Versuchsaufbau Während des gesamten Verzögerungszeitraums wurden den Teilnehmern fortlaufend Anweisungen zu sekundären Aufgaben als Sprachaufzeichnung über Lautsprecher übermittelt, um eine ununterbrochene Beschäftigung mit der sekundären Aufgabe sicherzustellen; Das heißt, eine neue Frage wurde unmittelbar nach der Beantwortung der vorherigen Frage durch die Teilnehmer gestellt. Während der Verzögerungszeit wurde das Hindernis auch ohne Wissen des Teilnehmers auf den Boden abgesenkt; Nach Ablauf der Verzögerungszeit signalisierte ein Piepton dem Teilnehmer, den Schritt über das Hindernis zu vollenden, ohne darauf zu schauen (Abb. 2).

Cognitive secondary tasks The visuospatial (star movement) task has been previously described (Menant et al. 2014; Sturnieks et al. 2008a), and required participants to envisage four boxes arranged in a 2×2 matrix labeled A to D. Participants were asked to mentally visualize a star located in one of the boxes making four movements (comprising up, down, left, right, and diagonal moves), then state the final location of the star. The nonspatial (arithmetic) task required participants to perform additions and subtractions using four single-digit numerals, but with a running total that was always>0. In der Kontrollbedingung wurden die Teilnehmer angewiesen, auf geistige Auseinandersetzung zu verzichten.

Die ausgewählten sekundären Aufgaben erforderten äquivalente verbale Antworten von meist einer Silbe, und es wurde zuvor gezeigt, dass beide sekundären Aufgaben hinsichtlich der Schwierigkeit übereinstimmen (Menant et al. 2014; Sturnieks et al. 2008a). Daher wäre jeder verwirrende Effekt der Sprache oder der Aufgabenkomplexität bei beiden sekundären Aufgabenbedingungen konsistent. Die Teilnehmer übten beide sekundären Aufgabenbedingungen, um sicherzustellen, dass sie diese kompetent ausführen konnten, bevor sie mit den experimentellen Versuchen begannen. Zur Beurteilung der Genauigkeit der Nebenaufgabenerfüllung wurde der Prozentsatz der richtig beantworteten Fragen erfasst.

Datensammlung

Kinematische Daten (Zehenfreiheit und maximale Zehenhöhe) wurden mit einem 7-Kamera-Bewegungserfassungssystem (OptiTrack, NaturalPoint, Oregon, USA) bei einer Abtastrate von 100 Hz und unter Verwendung passiver retroreflektierender Marker gemessen. Die Zehenmarkierungen wurden bei allen Schuhen an der gleichen relativen Stelle angebracht, auf der Oberseite der Schuhe, oberhalb des zweiten Mittelfußköpfchens.

Datenanalyse

Der Zehenabstand (TC) wurde für das hintere Bein berechnet, die maximale Zehenhöhe über dem Hindernis wurde für beide Beine gemessen, ebenso wie die Variabilität des TC innerhalb des Probanden. Der Zehenabstand wurde als vertikaler Abstand zwischen der Zehenmarkierung und der Oberkante des Hindernisses definiert, wenn sich die Zehenmarkierung des kreuzenden Fußes direkt über dem Hindernis befand (d. h. die vordere/hintere Position der Zehenmarkierung war mit der des Hindernisses ausgerichtet). . Der Trailing Leg TC wurde abgeleitet, als das Hindernis abgesenkt wurde und daher keine Freigabe erforderlich war. Die Variabilität des Zehenabstands wurde als Standardabweichung des mittleren TC berechnet. Die maximale Zehenhöhe wurde berechnet, um zu bestätigen, dass die Teilnehmer ihre Fußbahn an die Hindernishöhe anpassten. Sie wurde als maximale vertikale Verschiebung des Zehenmarkers des gekreuzten Beins vom Boden während der Schrittbahn über das Hindernis definiert. Der mittlere Nachlauf-TC stellt die Genauigkeit der Hindernisüberwindungsleistung dar, während die intrasubjektinterne Variabilität des Nachlauf-TC die Konstanz der Hindernisüberwindungsleistung darstellt. Diese kinematischen Daten wurden für jede Altersgruppe und Aufgabenbedingung mithilfe eines benutzerdefinierten Codes in MATLAB (MATLAB R2018, The MathWorks Inc., Natick, Massachusetts, USA) berechnet und zusammengestellt. Wir haben keinen statistisch signifikanten Effekt der Hindernishöhe auf die TC-Variabilität des hinteren Abschnitts angenommen; Daher wurden nach dem Zusammenfassen der Hindernishöhendaten die Daten der nachlaufenden TC-Variabilität aus 6 Versuchen für die Kontrollbedingung (Nullverzögerung), 12 Versuchen in jeder experimentellen Verzögerungsbedingung in Studie 1 und 6 Versuchen in jeder sekundären Aufgabenbedingung in Studie berechnet 2 (Kontrolle, NS und VS).
Für Studie 1 wurde eine Stichprobengröße von 50 (20 junge und 30 ältere Erwachsene) als ausreichend erachtet, um einen aussagekräftigen Unterschied zwischen den Gruppen für die wichtigste abhängige Variable (Hindernisfreiheitshöhe des Hinterbeins) festzustellen, d. h. einen Unterschied von 25 % Fußfreiheit über dem Hindernis (Hatton et al. 2013). Für Studie 2 wurde eine Stichprobe gesammelt, die die für die Studie verfügbaren Ressourcen (Zeit, Finanzierung und Personal) widerspiegelte.
statistische Analyse

Die statistische Analyse der gesammelten Daten wurde mit IBM Statistical Package for Social Sciences (SPSS) Statistics Version 23 (IBM Corp., New York, USA) durchgeführt. Die Daten wurden visuell auf Ausreißer und Normalverteilung untersucht und verzerrte Daten wurden logarithmisch transformiert. In Studie 1 wurde eine gemischte Varianzanalyse mit wiederholten Messungen (ANOVA) für die kinematischen Variablen mit Verzögerungsdauer (null, 20 s, 60 s) und Hindernishöhe (niedrig, hoch) als subjektinternen Faktoren sowie dem Alter durchgeführt Gruppe (jung, älter) als Zwischensubjektfaktor. Die Nullverzögerungsbedingung wurde in die Analyse einbezogen, um mögliche Verschlechterungen zu untersuchen, die innerhalb der ersten 20 Sekunden aufgetreten sein könnten. In Studie 2 wurde eine gemischte Modell-ANOVA mit wiederholten Messungen an den kinematischen Variablen mit sekundärer Aufgabenbedingung (Kontrolle, nichträumlich, visuell-räumlich) und Hindernishöhe (niedrig, hoch) als subjektinternen Faktoren sowie der Altersgruppe (jung, älter) durchgeführt. als Zwischensubjektfaktor. In beiden Studien, in denen ein signifikanter Interaktionseffekt bzw. Haupteffekt identifiziert wurde, wurden Post-hoc-Tests mit der Methode der kleinsten signifikanten Differenz durchgeführt. Die Nullhypothese wurde abgelehnt, wenn p<0.05.

Ergebnisse
Beschreibung der Probe

Tabelle 1 enthält grundlegende demografische, anthropometrische und kognitive Testleistungsinformationen für alle Teilnehmer beider Studien. Altersgruppenunterschiede deuteten darauf hin, dass die kognitive Funktion und das Sehvermögen in der älteren Gruppe schlechter waren als in der jüngeren Gruppe (Tabelle 1). Dennoch verfügten alle Teilnehmer über ausreichende Sehkraft, um die Aufgabe des Hindernisüberwindens zu bewältigen.

Gemäß Tabelle 1 unterschied sich der Anteil der Frauen zwischen der jungen und der älteren Gruppe in Studie 1 nicht signifikant (40 % bzw. 62 %) (Χ2 = 2.315, p=0.128 ) oder Studie 2 (53 % vs. 52 %) (Χ2 = 0.001, p=0.973). Insgesamt waren 53 % der Teilnehmer in Studie 1 und 53 % in Studie 2 Frauen.

Fehlende Daten

Den Teilnehmern fehlten Daten für einen einzelnen Versuch unter den folgenden Bedingungen für Studie 1: niedrige Nullverzögerung (n=1), hohe Nullverzögerung (n=2), niedrige kurze Verzögerung (n{{3}) }), eine niedrige lange Verzögerung (n=3), eine hohe kurze Verzögerung (n=1) und eine hohe lange Verzögerung (n=3). Darüber hinaus fehlten zwei Versuche für einen Teilnehmer mit geringer Nullverzögerung und einen anderen Teilnehmer mit hoher kurzer Verzögerung. Für Studie 2 beträgt die Anzahl der Teilnehmer, denen ein einziger Versuch fehlte, wie folgt: niedrige Nullverzögerung (n=2), niedrige nichträumliche (n=4), niedrige visuelle und räumliche (n{{ 12}}), hohe Nullverzögerung (n=1), hohe nichträumliche (n=2), hohe visuelle räumliche (n=4). Ursache hierfür war ein heruntergefallener oder blockierter Fußmarkierer.

Bei der statistischen Analyse war keine Anpassung erforderlich, da alle Teilnehmer über einen vollständigen Datensatz des Mittelwerts und der intraindividuellen Variabilität der TC verfügten.

Skalierung der Beinbahnen auf die Hindernishöhe

In beiden Studien wurden die Flugbahnen des Vorder- und Hinterbeins auf die Hindernishöhe skaliert. Unter der Nullverzögerungsbedingung (Kontrollversuche) von Studie 1 beträgt die mittlere maximale Zehenhöhe für beide führenden (F1,46=574.159, S<0.001) and trailing legs (F1,46=125.366, p<0.001) was increased when stepping over the high obstacle compared to the low obstacle (main effect of height) (Data presented in supplementary Table S1).

In Studie 1 berührten zwei junge und zwei ältere Teilnehmer das hohe Hindernis (18 cm) einmal mit dem Bleifuß (niemals beim ersten Überqueren des Hindernisses). In Studie 2 berührte ein junger Teilnehmer das kurze Hindernis (12 cm) mit dem Bleifuß. Diese Versuche wurden verworfen und wiederholt. Vier der fünf Teilnehmer (drei junge, einer älter), die das Hindernis berührten, erfüllten die Mindestanforderungen an die Sehschärfe für die Fahrtauglichkeit [korrigierte Sehschärfe (0.3logmar und höher)] (Latham et al. 2015) .

Ergebnisse der Studie 1

Im Gegensatz zu unserer Hypothese gab es keine Wechselwirkungen zwischen Alter und Verzögerung für den mittleren Nachlauf-TC (F1,47=0.567, p=0.571) oder die intrasubjektinterne Variabilität des Nachlauf-TC (F1,47=1.982, p=0.150) (Abb. 3a und b). Stattdessen fanden wir für die mittlere Hinterbein-TC eine signifikante Altersgruppe nach Hindernishöheninteraktion (F2,94=13.838, p=0.001) (Abb. 3c). Post-hoc-Tests zeigten, dass beide Altersgruppen beim Überschreiten des hohen Hindernisses im Vergleich zum niedrigen Hindernis einen signifikant verringerten mittleren Hinterbein-TC aufwiesen (jung: p=0,001, älter: p < 0,001). Darüber hinaus gab es beim Überschreiten des niedrigen Hindernisses keinen signifikanten Unterschied zwischen der mittleren Hinterbein-TC beider Altersgruppen (p=0.621). Beim Überschreiten des hohen Hindernisses hatten ältere Erwachsene jedoch einen deutlich geringeren mittleren Hinterbein-TC als junge Erwachsene (p=0.044) (Abb. 3c).

Es gab keine Wechselwirkung zwischen Körpergröße nach Altersgruppe oder Körpergröße nach Verzögerung bei der interindividuellen Variabilität des Nachlauf-TC. Durch die Zusammenführung der Daten über die beiden Größenbedingungen stellten wir fest, dass die intraindividuelle Variabilität des nachgestellten TC einen Haupteffekt der Altersgruppe zeigte (F1,47=14.52, S<0.001), as well as a main effect of delay condition (F2,94=17.54, p<0.001) (Fig. 3b). For the main effect of age group, TC variability was significantly greater in young adults compared to older adults (Fig. 3b). For the main effect of delay condition, TC variability was significantly increased at both the 20 s (p<0.001) and 60 s (p<0.001) delay conditions when compared to the zero-delay condition (Fig. 3b).

Ergebnisse der Studie 2

Im Gegensatz zu unseren Hypothesen gab es keine Wechselwirkungen zwischen Altersgruppe und Bedingung für den mittleren Nachlauf-TC (F2,72=1.303, p=0.278) oder die intraindividuelle Variabilität des Nachlauf-TC ( F2,72=0.087, p=0.917) (Abb. 4). Es gab auch keine Altersgruppe nach Interaktion mit der Hindernishöhe (F2,72= 0.356, p=0.554). Der mittlere TC zeigte einen Haupteffekt der Hindernishöhe (F1,36=61.909, S<0.001), where participants had a smaller mean TC when stepping over the high obstacle compared to the low obstacle. With data from both obstacle heights pooled, the mean TC showed no interaction effect (F2,72=1.303, p=0.272) or main effect involving age group (F2,72=0.218, p=0.643) or condition (F2,72=2.172, p=0.140) (Fig. 4a).

Es gab keine statistisch signifikante Wechselwirkung zwischen Körpergröße nach Altersgruppe oder Körpergröße nach Bedingung für die intraindividuelle Variabilität des TC des Hinterbeins. Bei der Zusammenfassung der Höhen gab es einen Haupteffekt der Bedingung (F2,72=3.59, p=0.033), wobei die Teilnehmer bei der Ausführung der NS-Sekundäraufgabe im Vergleich zur Kontrollbedingung eine größere TC-Variabilität zeigten (dh keine sekundäre Aufgabe) (p=0.021) (Abb. 4b). Es gab keinen Unterschied in der TC-Variabilität zwischen der VS-Sekundäraufgabe und der Kontrollbedingung (p=0.382) oder der NS-Sekundäraufgabe (p=0.081). Es gab keinen Haupteffekt des Alters (F1,36=1.230, p=0.275) (Abb. 4b).

Alle Teilnehmer beider Altersgruppen verzeichneten eine 100-prozentige Genauigkeit bei der Ausführung der visuell-räumlichen und arithmetischen Aufgaben.

Diskussion

Zusammenfassung

Unsere Ergebnisse aus Studie 1 deuten darauf hin, dass sowohl junge als auch ältere Erwachsene in der Lage waren, eine Hindernisdarstellung im VSWM für die Dauer von mindestens 60 Sekunden aufrechtzuerhalten, was sich in der anschließenden Fähigkeit zeigt, das Hindernis mit dem nachlaufenden Bein sicher zu überwinden. Der in beiden Altersgruppen beobachtete verzögerungsabhängige Anstieg der TC-Variabilität des hinteren Abschnitts lässt jedoch darauf schließen, dass sich diese Hindernisdarstellung innerhalb der ersten 20 Sekunden zu verschlechtern beginnt. Für Studie 2 deuten unsere Ergebnisse darauf hin, dass diese VSWM-geführte Hindernisüberwindungsleistung anfällig für Doppelaufgabeninterferenzen ist, was durch die in beiden Altersgruppen beobachtete Zunahme der TC-Variabilität angezeigt wird, wenn eine nichträumliche (arithmetische) Sekundäraufgabe im Vergleich zur Kontrollaufgabe (Einzelaufgabe) ausgeführt wird -Aufgabe) Bedingung. Interessanterweise deutet das Fehlen eines altersbedingten Interaktionseffekts auf die Leistung beim Überqueren von Hindernissen bei Doppelaufgaben darauf hin, dass das Altern die Kosten für die Freiraumfreiheit bei Doppelaufgaben beim Überqueren von Hindernissen nicht erhöht, zumindest nicht auf der Ebene der Aufgabenkomplexität, die in untersucht wurde diese Studie.

Studie 1: Aufrechterhaltung einer Hindernisrepräsentation im visuell-räumlichen Arbeitsgedächtnis

In Studie 1 verwendeten wir ein Paradigma zum Überqueren von Hindernissen, um die Auswirkungen von Alter und Verzögerungsdauer auf die Speicherung einer Hindernisdarstellung in VSWM zu untersuchen, die zur Steuerung des Verhaltens beim Überqueren von Hindernissen verwendet wird. Die Fähigkeit, ein Hindernis mit ausreichend Abstand sicher zu überwinden, ist für eine sichere Fortbewegung von entscheidender Bedeutung. Diese Aufgabe hängt stark von verschiedenen kognitiven Prozessen auf höherer Ebene ab, einschließlich VSWM, bei dem visuell-räumliche Informationen über die Abmessungen und den Standort eines Hindernisses (Diaz, et al. 2018) vorübergehend gespeichert und verwendet werden, um die Flugbahn beider unteren Gliedmaßen zu steuern, um das Hindernis angemessen zu überwinden ( Baddeley 2003; Pasternak et al. 2005). Frühere Studien haben beispielsweise gezeigt, dass sowohl Katzen als auch gesunde junge Erwachsene Hindernissen auf einem Gehweg erfolgreich ausweichen können, selbst wenn das Sehvermögen einige Schritte vor dem Überqueren des Hindernisses zurückgezogen wird (Mohagheghi et al. 2004; Wilkinson et al. 2005), was auf eine präzise visuelle räumliche Wahrnehmung hinweist Informationen über die Abmessungen und die räumliche Position des Hindernisses können zumindest für kurze Zeit im VSWM gespeichert und zur Führung geeigneter Fußbahnen über die Hindernisse verwendet werden.

In den meisten Fällen des Überquerens von Hindernissen muss diese Hindernisdarstellung nur für kurze Zeit in VSWM gespeichert werden, da beim Menschen der Schritt des Hinterbeins fast unmittelbar nach dem Schritt des Vorderbeins über das Hindernis folgt. In bestimmten Situationen muss die neuronale Darstellung eines Hindernisses jedoch möglicherweise erheblich länger aufrechterhalten werden, um eine sichere Überwindung des Hindernisses zu ermöglichen, beispielsweise um sich die Position eines abgestellten Gartengeräts im Garten oder eines Kinderspielzeugs im Wohnzimmer zu merken , ein Haustier auf der Veranda und beim Navigieren durch einen überfüllten Flur nach dem Ausschalten des Lichts. Mithilfe des Paradigmas der Hindernisüberquerung (bei dem die Teilnehmer ein Hindernis mit ihrem Vorderbein überqueren und es für eine gewisse Zeit spreizen, bevor sie es mit ihrem Hinterbein überqueren) zeigten Lajoie und Kollegen, dass junge Erwachsene in der Lage sind, eine neuronale Darstellung eines Hindernisses zu speichern Dauern von mindestens 120 s, was durch entsprechende Skalierung des Nachlaufabschnitts auf die Hindernishöhe nach der Verzögerung angezeigt wird (Lajoie et al. 2012).

Im vorliegenden Experiment haben wir diese Frage auf ältere Erwachsene ausgeweitet und gezeigt, dass ältere Erwachsene in ähnlicher Weise eine Hindernisdarstellung in VSWM für Verzögerungen von mindestens 60 Sekunden aufrechterhalten können. Dies zeigt sich daran, dass sie ihr Hinterbein auch nach der Verzögerungsdauer immer noch aus dem Gedächtnis an die Hindernishöhe anpassen können. Wichtig ist, dass die Tatsache, dass Teilnehmer beider Altersgruppen ihre Beinbewegungen auch nach einer Verzögerungsdauer an die Hindernishöhe angepasst haben, darauf hindeutet, dass sich die Teilnehmer nicht nur auf eine Standardstrategie für hohe Schritte verlassen haben, um das Hindernis zu überwinden. Vielmehr hatten sie genaue Informationen über die Höhe und Position des Hindernisses relativ zu ihrem nachlaufenden Fuß gesammelt und diese Informationen als stabile neuronale Darstellung des Hindernisses im VSWM gespeichert und konnten den Schritt proportional zu diesem Gedächtnis erfolgreich ausführen.

Interessanterweise deutet das Fehlen eines Interaktionseffekts oder eines Haupteffekts der Verzögerungsdauer auf den mittleren TC des hinteren Abschnitts darauf hin, dass die Hindernisdarstellung im VSWM älterer Erwachsener mindestens 60 Sekunden lang stabil blieb, was die längste in diesem Experiment getestete Verzögerungsdauer war. Dieser Befund ist überraschend, wenn man bedenkt, dass nachweislich die VSWM mit zunehmendem Alter abnimmt, sowohl im Rahmen von Pen-and-Paper-Tests der VSWM (Myerson et al. 1999; Vecchi et al. 2005; Bopp et al. 2007; Fiore et al al. 2012) und im funktionellen Umfeld der Greifgenauigkeit der oberen Gliedmaßen (Cheng et al. 2012). Es ist möglich, dass die in dieser Studie verwendete Verzögerungsdauer von 60 Sekunden nicht ausreichte, um mögliche altersbedingte Rückgänge des VSWM beim Überqueren von Hindernissen aufzudecken, und dass dieser Alterseffekt bei einem größeren Bereich der getesteten Verzögerungsdauern deutlich werden könnte. Allerdings haben wir in dieser vorliegenden Studie Verzögerungsdauern von mehr als 60 Sekunden nicht auf Ermüdungserscheinungen bei älteren Teilnehmern getestet.

Studie 1: Der Einfluss des Alters auf die intraindividuelle Variabilität des Zehenabstands

Die Tatsache, dass die TC-Variabilität innerhalb des Subjekts in beiden Altersgruppen zunahm, wenn eine Verzögerungsdauer auferlegt wurde, ist von Interesse, da dieses Maß ein starker Indikator für das Stolperrisiko beim Überqueren von Hindernissen ist (Best et al. 2008). Beim Überqueren eines Hindernisses muss ausreichend TC erreicht werden, um sicherzustellen, dass das Hindernis sicher überwunden wird. Daher kann eine erhöhte Variabilität der TC beim Überwinden eines Hindernisses das Risiko einer Hindernisberührung und damit das Stolper- und Sturzrisiko erhöhen. Obwohl die Teilnehmer in der vorliegenden Studie nach einer längeren Verzögerungszeit weiterhin in der Lage waren, das Hindernis mit ihrem Hinterbein sicher zu überwinden, scheint die erhöhte TC-Variabilität des Hinterbeins zwischen Verzögerungen von null und 20 Sekunden darauf hinzudeuten, dass die in VSWM gespeicherte Hindernisdarstellung einem gewissen Grad unterliegt Verschlechterung bereits innerhalb von 20 s, unabhängig von der Altersgruppe.

Im Gegensatz zu unserer Hypothese war die TC-Variabilität innerhalb des Subjekts bei jungen Erwachsenen größer als bei älteren Erwachsenen, unabhängig von der Hindernishöhe oder der Verzögerungsdauer. Dies steht im Widerspruch zu früherer Literatur zu Hindernisverhandlungen, in der keine Auswirkungen des Alters auf die TC-Variabilität des Hinterbeins festgestellt wurden (Chen 1991; Muir et al. 2019). Die Tatsache, dass die jüngere Gruppe variabler war als die ältere Gruppe, ist faszinierend, wenn man bedenkt, dass ältere Erwachsene beim ebenen Gehen eine größere TC-Variabilität aufweisen als junge Erwachsene (Mills et al. 2008). Es ist möglich, dass die älteren Erwachsenen in unserer Stichprobe durch eine größere biomechanische Steifigkeit eingeschränkt waren als die jungen Erwachsenen (Boyer et al. 2017) und daher konsistenter bei der Erzeugung der erforderlichen Bewegung waren, um mit ihrem Hinterbein über das Hindernis zu treten. Darüber hinaus waren die älteren Teilnehmer möglicherweise aufgrund der schlechteren Gleichgewichtskontrolle und des schlechteren Sehvermögens beim Überqueren des Hindernisses aufmerksamer und vorsichtiger, während die jüngere Gruppe möglicherweise einen lässigeren Ansatz gewählt hat (Muir et al. 2020).

Studie 1: Die Auswirkung der Körpergröße auf die mittlere Zehenfreiheit

Wir fanden außerdem heraus, dass Teilnehmer beider Altersgruppen das hohe Hindernis mit einem kleineren TC überschritten als das niedrige Hindernis, unabhängig von der Verzögerungsdauer. Dies scheint im Einklang mit den Erkenntnissen von Lajoie und Kollegen (Lajoie et al. 2012) bei jungen Erwachsenen zu stehen, obwohl die in ihrem Experiment verwendeten Hindernishöhen höher waren als die hier verwendeten. Bemerkenswert ist, dass frühere Studien zum Verhandeln von Hindernissen zu inkonsistenten Ergebnissen über die Auswirkung der Hindernishöhe auf den mittleren TC geführt haben, wobei einige Studien von einem kleineren TC bei höheren Hindernissen berichten (Lajoie et al. 2012; Maidan et al. 2018), andere von einem größeren TC mit höhere Hindernisse (Chen1991; Muir et al. 2019; Pan et al. 2016), und einige berichten von keinem Einfluss der Hindernishöhe auf TC (Lu et al. 2006). Bei jungen Erwachsenen gibt es auch aktuelle Hinweise darauf, dass die Fußfreiheit der Vorder- und Hinterbeine durch die Höhe des kontralateralen Hindernisses in einem Paradigma mit doppelter Hindernisüberquerung beeinflusst wird (Miura et al. 2021). Dennoch ist der in dieser Studie beobachtete Trend einer abnehmenden TC mit zunehmender Hindernishöhe interessant, da er mit Untersuchungen übereinstimmt, die zeigen, dass das Stolperrisiko mit zunehmender Hindernishöhe zunimmt (Chou et al. 1998; Rietdyk et al. 2011).

Interessanterweise war die Tendenz, den TC des hinteren Beins mit zunehmender Hindernishöhe zu verringern, in der älteren Gruppe deutlicher zu erkennen, im Gegensatz zu zahlreichen früheren Studien, die keinen Einfluss des Alters auf den TC des hinteren Beins fanden (Lu et al. 2006; Draganich et al. 2004; Lowrey). et al. 2007; Chien et al. 2018). Eine mögliche Erklärung für diese Beobachtung könnten die altersbedingten Unterschiede in der kinematischen Herangehensweise an die Hindernisüberquerung zwischen jungen und älteren Erwachsenen sein. Beispielsweise fanden McFadyen und Prince (McFadyen et al. 2002) heraus, dass ältere Erwachsene ipsilateral zum hinteren Bein einen größeren Beckenabfall zeigten, wenn dieses über das Hindernis stieg, was zu einem geringeren TC beim Überqueren eines Hindernisses im Vergleich zu jungen Erwachsenen beitrug. Hier könnten dieselben altersbedingten kinematischen Unterschiede zu der geringeren Hinterbein-TC beigetragen haben, die bei älteren Erwachsenen im Vergleich zu jungen Erwachsenen beim Überschreiten eines hohen Hindernisses beobachtet wurde.
Studie 2: Der Einfluss des Alters auf Dual-Task-Bedingungen

In Studie 2 verwendeten wir ein Dual-Task-Paradigma, um zu untersuchen, ob die Durchführung einer VS-Sekundäraufgabe im Gegensatz zu einer Nicht-VS-Aufgabe das VSWM beeinträchtigen würde, das zum Steuern der Hindernisüberquerung erforderlich ist, und anschließend die Hindernisüberwindung beeinträchtigen würde. Im Gegensatz zu unserer Hypothese fanden wir keinen altersbedingten Effekt auf die kinematischen Parameter beim Überqueren von Hindernissen (mittlere und intraindividuelle Variabilität des TC des Hinterbeins). Dies deutet darauf hin, dass ältere Erwachsene auch bei der Durchführung einer sekundären kognitiven Aufgabe ebenso in der Lage sind wie junge Erwachsene, eine stabile Hindernisdarstellung im VSWM für eine Verzögerungsdauer von mindestens 60 Sekunden zu speichern.

Eine mögliche Erklärung für das Fehlen eines Alterseffekts auf die Interferenz bei zwei Aufgaben bei der VSWM-geführten Aufgabe zum Überqueren von Hindernissen besteht darin, dass die älteren Teilnehmer möglicherweise einen vorsichtigeren Ansatz beim Überqueren von Hindernissen gewählt haben als ihre jüngeren Kollegen und sich dafür entschieden haben, der Leistung Priorität einzuräumen die primäre Aufgabe, Hindernisse zu überwinden, um das Stolperrisiko auf Kosten der sekundären Aufgabenerfüllung und in Ermangelung spezifischer Anweisungen zur Aufgabenpriorisierung zu minimieren. Dieses Muster der zunehmenden Priorisierung motorischer Aufgaben mit zunehmendem Alter wird häufig in der Dual-Tasking-Literatur berichtet (Kim et al. 2007; Muir et al. 2020; Brown et al. 2002; Schrodt et al. 2004; Mersmann et al. 2013; Simieli et al. 2015) könnte auf eine adaptive Strategie älterer Erwachsener hinweisen, um altersbedingte Rückgänge in der Gleichgewichtskontrolle zu kompensieren, die andernfalls zu einem erhöhten Sturzrisiko geführt hätten, insbesondere in einer Situation, die Doppelaufgaben erfordert (Sturnieks et al. 2008b).

Eine alternative Erklärung für unsere Ergebnisse könnte sein, dass die sekundären kognitiven Aufgaben die Komplexitätsschwelle nicht überschritten, die erforderlich ist, um die Aufmerksamkeits-, Arbeitsgedächtnis- und Exekutivfunktionsressourcen unserer Teilnehmer herauszufordern, was andernfalls möglicherweise altersbedingte VSWM-Veränderungen bei unseren älteren Menschen aufgedeckt hätte Teilnehmer. Diese Erklärung wird durch die Feststellung gestützt, dass alle Teilnehmer beider Altersgruppen bei beiden kognitiven Aufgabentypen alle Fragen richtig beantworteten, was auf einen möglicherweise unzureichenden Schwierigkeitsgrad schließen lässt. Nichtsdestotrotz sollten zukünftige Studien Aufzeichnungen der Reaktionszeit umfassen, einem empfindlicheren Ergebnismaß für die Leistung kognitiver Aufgaben.

Studie 2: Dual-Task-Kosten der arithmetischen und visuell-räumlichen Aufgaben

Die Annahme, dass die arithmetische Sekundäraufgabe die TC-Variabilität innerhalb des Subjekts nach einer Verzögerungsdauer erhöhte, steht im Einklang mit Ergebnissen aus früheren Dual-Tasking-Hindernisverhandlungsstudien (Kim et al. 2007; Guadagnin et al. 2015). Diese erhöhte Variabilität der TC deutet darauf hin, dass Störungen durch die Rechenaufgabe zu einer schlechteren Fähigkeit führten, konsistent genaue Informationen über die Hindernishöhe vom VSWM abzurufen, um die Hindernisfreiheit des Hinterbeins zu steuern. Wenn man bedenkt, dass die Mehrzahl der Stolperfallen im Zusammenhang mit Hindernissen darauf zurückzuführen ist, dass kein ausreichender Zehenabstand geschaffen wird (Chou et al. 1997), impliziert dieser Befund, dass die gleichzeitige Ausführung einer kognitiven Aufgabe wie Kopfrechnen beim Überqueren eines Hindernisses das Risiko eines Stolperns erhöhen kann Hinderniskontakt.

Überraschenderweise schien die visuell-räumliche Aufgabe die VSWM-gesteuerte Hindernisüberwindungsleistung nicht zu beeinträchtigen. Dieser Befund steht im Gegensatz zu denen aus früheren Dual-Task-Studien, bei denen festgestellt wurde, dass die gleiche visuell-räumliche Sternbewegungsaufgabe die Gleichgewichtskontrolle bei Steh- und Schrittaufgaben stärker beeinträchtigt als die schwierigkeitsangepasste Rechenaufgabe (Menant et al. 2014; Sturnieks et al. 2008b). In diesen Studien wurden die unverhältnismäßig höheren Dual-Task-Kosten der visuell-räumlichen Aufgabe auf die gemeinsamen Anforderungen an die gleichen visuell-räumlichen Verarbeitungsnervenbahnen wie die Aufgaben zur Gleichgewichtskontrolle zurückgeführt, was zu stärkeren Dual-Task-Interferenzen führte.

Die aktuellen abweichenden Ergebnisse können auf Unterschiede im Experimentdesign zurückzuführen sein, da die Teilnehmer im Gegensatz zu früheren Studien, die schnelle Reaktionen oder dynamische Bewegungen beinhalteten, über längere Zeiträume an Ort und Stelle standen, während sie die sekundären Aufgaben erledigten. Somit hätten sie Zeit, Strategien zur Durchführung der beiden kognitiven Aufgaben anzuwenden. Im Fall der Rechenaufgabe haben die Teilnehmer möglicherweise das VSWM verwendet, um numerische Informationen zu speichern, zu manipulieren und zu aktualisieren (Hubber et al. 2014; Cavdaroglu et al. 2016; Clearman et al. 2017), anstatt die Aufgaben auswendig zu erledigen. Darüber hinaus ist es unter solch gemächlichen und statischen Bedingungen möglich, dass einige Teilnehmer Vorrichtungen im Labor als visuelle Gitter verwendeten und so die Abhängigkeit von VSWM zur Durchführung der Sternbewegungsaufgabe verringerten. Tatsächlich berichteten einige Teilnehmer freiwillig, dass sie diese Strategie nach ihrem Experiment angewendet hätten.

Einschränkungen

Wir sind uns bewusst, dass unsere Studie bestimmte Einschränkungen aufweist. Bei diesem Experiment begannen die Teilnehmer in einer stationären Position und machten einen einzelnen Schritt auf das Hindernis zu, bevor sie es mit dem Vorderbein überquerten. Diese Methode könnte dazu geführt haben, dass die Teilnehmer im Vergleich zum natürlichen Gang und beim Überqueren von Hindernissen ein anderes Gang- und Hindernisüberwindungsverhalten annahmen. Es ist möglich, dass das Wissen über Anhalten oder Weitergehen die Fußposition relativ zum Hindernis verändert hat. Wir fanden bei den Kontrollversuchen im Vergleich zu den Verzögerungsversuchen in beiden Gruppen einen signifikant größeren Spurabstand zum Hindernis (Daten in der ergänzenden Tabelle S2 dargestellt). Obwohl dies den mittleren TC während der Kontroll- und Verzögerungsversuche nicht veränderte (Abb. 3a), können wir nicht ausschließen, dass dieser Faktor zu der erhöhten TC-Variabilität beigetragen hat, die in den Versuchen mit Verzögerungen von mehr als oder gleich 20 s festgestellt wurde (Abb. 3b). ). Darüber hinaus haben die Teilnehmer der Hindernisüberwindungsleistung im experimentellen Umfeld möglicherweise mehr Aufmerksamkeit geschenkt als im Alltag. Beide Faktoren schränken möglicherweise die ökologische Gültigkeit dieses experimentellen Paradigmas ein. Darüber hinaus untersuchte diese Studie nur Verzögerungsdauern von bis zu 60 Sekunden, um Ermüdungserscheinungen bei älteren Erwachsenen auszuräumen und den Zeitaufwand für die Beurteilung der Teilnehmer zu verkürzen.

Es scheint jedoch, dass diese Verzögerungsdauer nicht ausreichte, um altersbedingte Unterschiede bei der VSWM-geführten Hindernisüberquerung in unserer Stichprobe aufzudecken. Zukünftige Studien, die die Auswirkungen des Alters auf die Hindernisdarstellung bei VSWM untersuchen, könnten daher längere Verzögerungsdauern nutzen, um einen möglichen Alterseffekt auf die VSWM-gesteuerte Hindernisüberquerung aufzudecken. Darüber hinaus hatten ältere Teilnehmer in beiden Studien im Vergleich zu den jüngeren Teilnehmern eine deutlich schlechtere korrigierte Sehschärfe, was möglicherweise ihre Fähigkeit beeinträchtigt hat, genaue visuelle Informationen zur Durchführung der Aufgabe zum Überqueren von Hindernissen zu sammeln, und möglicherweise zu Altersgruppenunterschieden beigetragen hat. In Studie 2 führten die verbalen Reaktionen, die für die sekundären Aufgaben erforderlich waren, zusätzlich zu der primären Aufgabe, Hindernisse zu überwinden, zu weiteren motorischen Anforderungen; Diese erhöhte Aufgabenkomplexität wurde in den Kontrollversuchen nicht kontrolliert. Die Mehrheit der Teilnehmer (12 junge und 17 ältere Menschen) führte beide Studien durch. Es gab jedoch keine statistisch signifikanten Unterschiede in der TC-Variabilität zwischen denjenigen, die an beiden Studien teilgenommen haben (n=29) ​​und denen, die nicht teilgenommen haben (n=9), was auf einen Lerneffekt zwischen Studie 1 und Studie 1 hindeutet Studie 2 ist unwahrscheinlich. Abschließend erkennen wir an, dass die Berechnung des Variabilitätsmaßes (Trail Leg TC) für die Kontrollversuche der Studien 1 und 2 sowie für die experimentellen Versuche der Studie 2 auf nur sechs Versuchen basierte; Obwohl die Anzahl der Wiederholungen gering war, wurde sie gewählt, um Ermüdung in der älteren Gruppe und Monotonie in beiden Gruppen zu minimieren. Abschließend erkennen wir an, dass die hier gemeldeten Zehenabstände hoch sind, aber immer noch innerhalb der für diese Variable erwarteten Größenordnung liegen. Ziel dieses Projekts war keineswegs die Bereitstellung normativer Daten für den mittleren TC. Wie im „Protokoll“ angegeben, basierte unser Protokoll auf dem von Lajoie und Kollegen beschriebenen Hindernisüberwindungsparadigma (Lajoie et al. 2012). In der vorliegenden Studie haben wir unsere Zehenmarkierungen an derselben Stelle positioniert, wie in früheren Arbeiten beschrieben, in denen ähnliche Protokolle verwendet wurden (Shinya et al. 2012; Lajoie et al. 2012).

Abschluss

Zusammenfassend lassen unsere Ergebnisse im Gegensatz zu unseren Hypothesen darauf schließen, dass sowohl junge als auch ältere Erwachsene eine Hindernisdarstellung in VSWM für die Dauer von mindestens 60 Sekunden speichern und diese Informationen verwenden können, um ihr Hinterbein sicher über ein Hindernis zu überwinden. Die Zunahme der TC-Variabilität des hinteren Abschnitts mit der Verzögerungsdauer deutet jedoch darauf hin, dass sich diese Hindernisdarstellung bereits innerhalb der ersten 20 Sekunden zu verschlechtern beginnt. Die Feststellung, dass die Durchführung einer gleichzeitigen Rechenaufgabe die VSWM-gesteuerte Hindernisüberwindung beeinträchtigte, deutet auf ein potenziell erhöhtes Stolperrisiko beim Überqueren von Hindernissen bei Doppelaufgaben bei jungen und älteren Menschen hin.

Danksagungen

Wir danken Dr. Tatsuya Hirase für seine Hilfe bei der Datenerhebung und den Forschungsassistenten, die bei der Datenerhebung und -verarbeitung geholfen haben, Frau Bethany Halmy, Frau Carly Chaplin, Frau Cameron Hicks, Frau Jessica Turner und Frau Natassia Smith. Wir danken auch dem Personal der mechanischen Werkstatt, Herrn Hilary Carter, für die Herstellung des Hindernisgeräts.

Finanzierung

Die Open-Access-Finanzierung wird von CAUL und seinen Mitgliedsinstitutionen ermöglicht und organisiert. Diese Studie wurde 2016 durch ein UNSW Goldstar Award-Stipendium unterstützt. Professor Stephen Lord wird durch ein NHMRC-Forschungsstipendium unterstützt.

Datenverfügbarkeit

Die während der aktuellen Studie generierten und/oder analysierten Datensätze sind auf begründete Anfrage beim jeweiligen Autor erhältlich.

Erklärungen

Interessenkonflikt Im Namen aller Autoren erklärt der korrespondierende Autor, dass kein Interessenkonflikt besteht.

Offener Zugang

Dieser Artikel ist unter einer Creative Commons Attribution 4.0 International License lizenziert, die die Nutzung, Weitergabe, Anpassung, Verbreitung und Reproduktion in jedem Medium oder Format erlaubt, sofern Sie den/die Originalautor(en) angemessen würdigen ) und die Quelle, geben Sie einen Link zur Creative Commons-Lizenz an und geben Sie an, ob Änderungen vorgenommen wurden. Die Bilder oder anderes Material Dritter in diesem Artikel sind in der Creative Commons-Lizenz des Artikels enthalten, sofern in der Quellenangabe für das Material nichts anderes angegeben ist. Wenn Material nicht in der Creative-Commons-Lizenz des Artikels enthalten ist und Ihre beabsichtigte Nutzung nicht durch gesetzliche Vorschriften zulässig ist oder über die zulässige Nutzung hinausgeht, müssen Sie die Genehmigung direkt vom Urheberrechtsinhaber einholen.

Verweise

1. Baddeley A (2003) Arbeitsgedächtnis: Rückblick und Ausblick. Nat Rev Neurosci 4:829–839

2. Barra J et al (2006) Zunehmende kognitive Belastung mit zunehmender Gleichgewichtsherausforderung: Rezept für eine Katastrophe. Exp Brain Res 174:734–745

3. Best R et al (2008) Eine Methode zur Berechnung der Stolperwahrscheinlichkeit beim Gehen. J Biomech 41:1147–1151

4. Bopp KL et al (2007) Altersbedingte Unterschiede in Kontrollprozessen im verbalen und visuell-räumlichen Arbeitsgedächtnis: Speicherung, Transformation, Überwachung und Koordination. J Gerontol B Psychol Sci Soc Sci 62:P239–P246

5. Boyer KA et al (2017) Systematische Überprüfung und Metaanalyse der Gangmechanik bei jungen und älteren Erwachsenen. Exp Gerontol 95:63–70

6. Brown LA et al (2002) Verändert sich die Priorisierung der Haltungskontrolle bei Haltungsbedrohungen bei jüngeren und älteren Erwachsenen? J Gerontol A Biol Sci Med Sci 57:M785–M792

7. Brown LA et al (2005) Altersabhängige Unterschiede in den Aufmerksamkeitsanforderungen der Hindernisverhandlung. J Gerontol A Biol Sci Med Sci 60:924–927

8. Cavdaroglu S et al (2016) Mentale Subtraktion und Multiplikation rekrutieren sowohl phonologische als auch visuell-räumliche Ressourcen: Beweise aus einem symmetrischen Dual-Task-Design. Psychol Res 80:608–624

9. Chen HC et al (1991) Über Hindernisse treten: Gangmuster gesunder junger und alter Erwachsener. J Gerontol 46:196–203

10. Chen M et al (2017) Neuronale Korrelate der Hindernisverhandlung bei älteren Erwachsenen: Eine fNIRS-Studie. Ganghaltung 58:130–135

For more information:1950477648nn@gmail.com