制约75岁以上老年人运动平衡机能的踝关节本体感觉神经机制研究

Dynamic balance is an important predictor for falls and various musculoskeletal conditions in older people. To date, however, there is a lack of in-depth investigation on the neural mechanisms underlying dynamic balance control in older adults. Our previous research has determined “age 75” as the crucial turning point and “ankle proprioception” as the critical aspect for dynamic balance performance, and we propose that the central processing of ankle proprioceptive information is the key in determining dynamic balance performance in the elderly. Accordingly, the current program will use the event related potentials (ERP) and functional magnetic resonance imaging (fMRI) techniques to examine the spatial and temporal characteristics of ankle proprioceptive information processing in relation to dynamic balance control in people over 75 years of age. In addition, we will investigate the effect of different neuro-muscular interventions (proprioception, strength, and proprioception+strength) on dynamic balance control and their relative relationships with the spatial and temporal variation in ankle proprioceptive information processing in the brain. The results will further understand the central nervous mechanisms underpinning dynamic balance control, and will provide neuroethology evidence for specific clinical interventions to improve dynamic balance in people over 75 years of age.

运动平衡机能是老年人跌倒和多种肌肉骨骼系统疾病的重要预测指标，目前尚缺乏对制约老年人运动平衡机能中枢神经机制的深入探讨。课题组的前期研究在确定了老年人运动平衡机能衰退的“75岁”重要年龄拐点和“踝关节本体感觉”关键靶点的基础上，提出踝关节本体感觉信息的中枢处理是制约75岁以上老年人运动平衡机能的关键机制。本项目拟采用事件相关电位(ERP)和功能性磁共振成像(fMRI)技术，对75岁以上老年人运动平衡机能的踝关节本体感觉信息脑加工的时间和空间特征进行分析；在考察不同模式的踝关节神经肌肉功能干预方法对平衡机能的影响，及其相对应的踝关节本体感觉信息脑加工的时空特征改变的基础上,建立75岁以上老年人本体感觉-中枢处理-运动平衡的脑功能加工网络。成果将有助于进一步理解衰老对人体运动平衡机能影响的中枢神经机制，并为临床有针对性地设计提高75岁以上老年人运动平衡机能的干预方法，提供神经行为学理论依据。

运动平衡机能是老年人跌倒和多种肌肉骨骼系统疾病的重要预测指标，目前尚缺乏对制约老年人运动平衡机能中枢神经机制的深入探讨。本项目在确定了老年人运动平衡机能衰退的“75岁”重要年龄拐点和“踝关节本体感觉”关键靶点的基础上，进一步发现踝关节本体感觉信息的中枢处理是制约75岁以上老年人运动平衡机能的关键机制。本项目采用近红外脑功能成像（fNIRS）技术以及自主研发的踝关节主动运动辨别装置（AMEDA），探究了75岁以上运动平衡机能低下的老年人与运动平衡机能优秀的老年人踝关节本体感觉信息脑加工的时空特征差异，并在此基础之上进一步分析比较了高跌倒风险老年人中患有下背痛、帕金森病、以及脑卒中后遗症的三个亚群的踝关节本体感觉特征，为深入理解老年人踝关节与动态平衡机能、跌倒发生的中枢神经机制，提供了深入的数据支持。研究发现在运动平衡（TUG）任务中，与平衡机能优秀组的老年人相比，平衡机能低下组大脑额叶皮层活动最初显著下降，然后显著增加，提示该区域在运动感觉加工与处理中具有重要作用。大脑额叶皮层的不同区域激活时序反应了平衡机能低下组老年人运动感觉信息加工的时空特征，HbO浓度可以作为75岁以上老年人运动平衡机能评估的指标；相应脑区负责认知/注意力等相关功能，提示有针对性的运动干预可能通过改善该区域的激活水平而实现提高老年人运动平衡机能。在此研究基础上，通过随机对照试验发现5周点杯平衡训练和力量训练对于老年人运动机能具有显著改善效果，其中点杯平衡训练可以有效改善踝关节本体感觉，反映在大脑额叶皮层的时空特征为，区间2和区间3中左侧额叶皮层ΔHbO浓度显著减少，提示点杯平衡训练可能通过降低老年人运动平衡控制时的认知/注意力需求，改善运动平衡功能。进一步的随机对照试验显示，5周认知点杯平衡练习和力量练习对TUG-single有明显的改善作用，但只有认知点杯平衡练习对TUG-cog有显著改善作用。对79名75岁以上老年人跌倒发生的前瞻性研究表明，TUG-single测试相比，双任务TUG测试能更好地预测老年人跌倒，其中TUG-cog预测跌倒的效果更佳。以上结果为理解制约75岁以上老年人运动平衡控制的本体感觉机理开辟了新的路径，并进一步揭示了75岁以上老年人通过改善踝关节本体感觉机能调节运动平衡的神经机制。