RannBall – nowa metoda treningu procesowania informacji a sprawność dwuzadaniowa u osób młodszych i starszych

Dyskusja

Wykonana interwencja jest jedną z pierwszych, która pokazuje, że dwuzadaniowe treningi, motoryczno-motoryczne, mieszane z wysiłkami aerobowymi o średniej intensywności, przyczyniają się do zwiększenia możliwości procesowania informacji złożonych w ciągu 7-14 minut, niezależnie od wieku. 

Zmiana w działaniu zdolności poznawczych może być spowodowana przez aktywności aerobowe, paradygmat dwuzadaniowy, tzw. ang. „bottle of neck”, oraz hormony adrenokortykotropowe w odpowiedzi na aktywność fizyczną z partnerem. 

Rendeiro i wsp. wskazują, że od ponad 20 lat badane są związki aktywności fizycznej oraz zwiększenia możliwości zdolności poznawczych (32). Aerobowe aktywności fizyczne mają wpływ w szczególności na funkcjonowanie hipokampu (32) w przebiegu działania mechanizmu, który powoduje wprowadzanie mózgu na fale theta zawierające się w częstotliwości 4-7,5 Hz. Wykazano, że podczas aerobowych aktywności, m.in. w tańcu, dochodzi do automatyzacji ruchów, co przyczynia się do obniżenia aktywność mózgu (33). Aerobowe aktywności, przede wszystkim bieg, również wpływają na innerwację zakrętu zębatego, w czym pobudzają funkcję pamięci oraz uczenia się (34). Cykliczność wyższej aktywacji neuronalnej, w przypadku regularnej aktywności fizycznej, będzie powodowała neuroadaptację, przez co częściowo można wyjaśnić wynik procesowania informacji złożonych wynikających z niniejszego badania u młodszych dziewcząt (ΔTMTB 26,7%). W grupie osób starszych również doszło do zwiększenia możliwości procesowania złożonych informacji o około 11,1%. Badane osoby starsze uzyskały zwiększenie możliwości procesowania informacji złożonej, mniejsze niż osoby młodsze. Przyczyną tego może być ponad 50-proc. zmniejszenie prędkości wykonania tego zadania, oraz mniejszego przyrostu tętna o 36,8% w porównaniu do osób młodszych. 

Paradygmat dwuzadaniowy definiuje dwuzadaniowe aktywności jako dwie czynności, wykonywane niezależnie od siebie, mające różne cele (35). Jeżeli miałyby te same cele, to w konsekwencji dochodziłoby do interakcji pomiędzy zadaniami, których jakość wykonania zależy od tych samych struktur oraz dróg neuronalnych. Podrzucanie przedmiotu o kulistym kształcie o wadze 250 g, naprzemiennie kończynami górnymi, odbijanie drugiej piłki o innej strukturze i 40% większej średnicy oraz dostosowanie prędkości biegu do warunków nawierzchni, jak i prędkości partnera. Czynności takie jak bieg, odbicie oraz chwyt, powinny zatem korzystać z innych połączeń neuronalnych, wykluczających interakcję oraz niepowodujących dysocjacji. Zwiększa się tym samym decyzyjność przez czasowo-przestrzenną automatyzację ruchów. 

Aktywności dwuzadaniowe w połączeniu z wysiłkami aerobowymi łączą się z teorią wyrzutu beta endorfin, specyficznych hormonów peptydowych, pochodnych opioidów, produkowanych przez przysadkę mózgową. Co więcej, wynik zmiany w teście procesowania informacji złożonych wydaje się potwierdzać hipotezę monoaminooksydazy, mówiącą o wzmocnieniu przewodnictwa neuroprzekaźników stymulujących (adrenalina, dopamina, noradrenalina, serotonina), których obniżone wartości obserwuje się m.in. u pacjentów z depresją (36). Ważnym jest, aby podczas wysiłku dwuzadaniowego pojawiał się stres, który spowoduje wyrzut: hormonów adrenokortykotropowych (kortyzol), glukokortykoidów, katecholamin, wazopresyny, gonadotropin (37). 

Dwuzadaniowe aktywności wymagają zwiększenia wykorzystania zdolności poznawczych. Wykazano to na podstawie zwiększonego przepływu oksyhemoglobiny podczas dwuzadaniowych aktywności, w porównaniu do wysiłków fizycznych, jednozadaniowych. Aczkolwiek w wykonanym badaniu stosowano trening mieszany aerobowo-koordynacyjny, który wydaje się w pewnej mierze wykorzystywać pamięć roboczą. Ilg i wsp. wykazali, że pamięć robocza również korzysta z móżdżku, który jest integratorem koordynacji, stąd wniosek, że wysoki wynik TMTB po interwencji wydaje się być podyktowany nie tylko wyrzutem hormonów kortykotropowych, ale również stymulacją móżdżku przez wykorzystanie w treningach koordynacji i siły (20). Matzel i wsp. wykazali w badaniu na myszach, że długotrwałe wykorzystywanie pamięci roboczej oraz przerzutności uwagi pozwala zahamować i zwiększyć możliwości uwagi oraz zwiększyć możliwości zdolności poznawczych (38). Bherer i wsp. wykazali, że nawet najkrótszy trening dwuzadaniowych aktywności wzrokowych, wymagających dwóch motorycznych odpowiedzi, może poprawiać ich wykonanie, bez względu na wiek (39). Tłumaczy się ten proces neuroadaptacją (39). Braver i wsp. sprawdzili teorię, która mówi o dysocjacji zdolności poznawczych wykonawczych, przez używanie tych samych regionów kory przedczołowej (40). Wykazali oni, że u osób młodszych wzorzec neuronalny dotyczący przeprowadzania sygnału przez korę przedczołową jest dopasowany do zadania przez przewidywanie skutków, natomiast u osób starszych wykazano wzorzec odpowiedzi na bodziec (nie do końca dopasowanej). Zespół ten wykazał, że przez treningi dwuzadaniowe może się zmienić wzorzec postępowania z reaktywnego na proaktywny, w zależności od aktywności kory przed czołowej. Można to uzyskać, normalizując reaktywność kory przedczołowej, która zmniejsza możliwości dysocjacji (40). Co więcej, Bherer i wsp. (41) wykazali, że podczas dwuzadaniowych aktywności, wymagających wykonania 2 różnych zadań, wymagających takich samych odpowiedzi oraz zawierające w sobie prędkość reakcji, są w stanie zwiększyć te normy dla prędkości reakcji, aczkolwiek wolniej i mniej dokładnie niż u osób młodszych (41). 

Podsumowując, aktywności dwuzadaniowe motoryczno-motoryczne w połączeniu z umiarkowaną intensywnością treningów o charakterze aerobowym i siłowym, wydają się zwiększać zdolności poznawcze niezależnie od wieku. Jednocześnie potwierdzając wykazaną ujemną korelację pomiędzy subiektywnie odczuwanym zmęczeniem a zmianą procentową procesowania informacji złożonych oraz silny, nieliniowy związek pomiędzy zmęczeniem aktywnościami aerobowymi a procesowaniem informacji. Należy rozszerzyć badania o ocenę czynnościowym rezonansem magnetycznym aktywizacji danych regionów mózgu, aby ustalić najkorzystniejsze parametry treningowe dwuzadaniowych aktywności motoryczno-motorycznych. 

Ponadto dwuzadaniowe aktywności motoryczno-motoryczne z jednoczesnym treningiem siłowym o niskiej intensywności zwiększają możliwości procesowania informacji złożonych, niezależnie od wieku, o 10,9-26,7%. 

Piśmiennictwo

1. Wright D.L., Kemp T.L.: The dual-task methodology and assessing the attentional demands of ambulation with walking devices. “Phys Ther”, 1992, 72 (4), 306-12.
2. Perrochon A., Kemoun G., Watelain E. i wsp.: The „Stroop Walking Task”: An innovative dual-task for the early detection of executive function impairment. “Neurophysiol Clin”, 2015, 45 (3), 181-90.
3. Krupnik S., Kędziora P., Sobański G. i wsp.: Ocena sprawności dwuzadaniowej jako element nowoczesnej rehabilitacji. „Rehabilitacja w Praktyce”, 2018, 2, 58-63.
4. Brown L.A., Shumway-Cook A., Woollacott M.H.: Attentional demands and postural recovery: the effects of aging. „J Gerontol A BiolSci Med Sci.“, 1999, 54 (4), 165-71.
5. Sheridan P.L., Solomont J., Kowall N. i wsp.: Influence of executive function on locomotor function: divided attention increases gait variability in Alzheimer’s disease. „J Am Geriatr Soc“, 2003, 51 (11), 1633-7.
6. Cocchini G., DellaSala S., Logie R.H. i wsp.: Dual task effects of walking when talking in Alzheimer’s disease. „Rev Neurol (Paris)“, 2004, 160 (1), 74-80.
7. Camicioli R., Bouchard T., Licis L.: Dual-tasks and walking fast: relationship to extra-pyramidal signs in advanced Alzheimer disease. „J Neurol Sci“, 2006, 248 (1-2), 205-9.
8. Allali G., Assal F., Kressig R.W. i wsp.: Impact of impaired executive function on gait stability. „Dement Geriatr Cogn Disord“, 2008, 26 (4), 364-9.
9. Maquet D., Lekeu F., Warzee E. i wsp.: Gait analysis in elderly adult patients with mild cognitive impairment and patients with mild Alzheimer’s disease: simple versus dual task: a preliminary report. „Clin Physiol Funct Imaging“, 2010, 30 (1), 51-6.
10. Montero-Odasso M., Casas A., Hansen K.T. i wsp.: Quantitative gait analysis under dual-task in older people with mild cognitive impairment: a reliability study. „J Neuroeng Rehabil“, 2009, 6, 35.
11. Cedervall Y., Halvorsen K., Aberg A.C.: A longitudinal study of gait function and characteristics of gait disturbance in individuals with Alzheimer’s disease. „Gait Posture“, 2014, 39 (4), 1022-7.
12. Pettersson A.F., Olsson E., Wahlund L.O.: Effect of divided attention on gait in subjects with and without cognitive impairment. „J Geriatr Psychiatry Neurol“, 2007, 20 (1), 58-62.
13. Learmonth Y.C., Sandroff B.M., Pilutti L.A. i wsp.: Cognitive motor interference during walking in multiple sclerosis using analternate-letter alphabet task. „Arch Phys Med Rehabil“, 2014, 95 (8), 1498-503.
14. Ijmker T., Lamoth C.J.: Gait and cognition: the relationship between gait stability and variability with executive function in persons with and without dementia. „Gait Posture“,  2012, 35 (1), 126-30.
15. Wittwer J.E., Webster K.E., Hill K.: The effects of a concurrent motor task on walking in Alzheimer’s disease. „Gait Posture“, 2014, 39 (1), 291-6.
16. Lamoth C.J., van Deudekom F.J., van Campen J.P. i wsp.: Gait stability and variability measures show effects of impaired cognition and dual tasking in frail people. „J Neuroeng Rehabil“, 2011, 8, 2.
17. Nadkarni N.K., Levine B., McIlroy W.E. i wsp.: Impact of subcortical hyperintensities on dual-tasking in Alzheimer disease and aging. „Alzheimer Dis Assoc Disord“, 2012, 26 (1), 28-35.
18. Doi T., Makizako H., Shimada H. i wsp.: Brain atrophy and trunk stability during dual-task walking among older adults. „J Gerontol A Biol Sci Med Sci“, 2012, 67 (7), 790-5.
19. Joubert C., Chainay H.: Aging brain: the effect of combined cognitive and physical training on cognition as compared to cognitive and physical training alone – a systematic review. “Clin Interv Aging”, 2018, 13, 1267-1301. 
20. Ilg W., Christensen A., Mueller O.M. i wsp.: Effects of cerebellar lesions on working memory interacting with motor tasks of different complexities. “J Neurophysiol”, 2013, 110 (10), 2337-49.
21. Erickson K.I., Colcombe S.J., Wadhwa R. i wsp.: Training-induced plasticity in older adults: effects of training on hemispheric asymmetry. „Neurobiol Aging“, 2007, 28 (2), 272-83.
22. Laine M., Tuokkola T., Hiltunen J. i wsp.: Central executive function in mild cognitive impairment: a PET activation study. „Scand J Psychol“, 2009, 50 (1), 33-40.
23. Nagamatsu L.S., Hsu C.L., Voss M.W. i wsp.: The Neurocognitive Basis for Impaired Dual-Task Performance in Senior Fallers. „Front Aging Neurosci“, 2016, 8, 20.
24. Mills K.A., Markun L.C., San Luciano M. i wsp.: Effect of subthalamic nucleus deep brain stimulation on dual-task cognitive and motor performance in isolated dystonia. “J Neurol Neurosurg Psychiatry”, 2015, 86 (4), 404-9.
25. Annweiler C., Beauchet O., Bartha R. i wsp.: Motor cortex and gait in mild cognitive impairment: a magnetic resonance spectroscopy and volumetric imaging study. “Brain”, 2013, 136 (3), 859-71.
26. Law L.L., Barnett F., Yau M.K. i wsp.: Effects of combined cognitive and exercise interventions on cognition in older adults with and without cognitive impairment: a systematic review. “Ageing Res Rev”, 2014, 15, 61-75.
27. Agmon M., Belza B., Nguyen H.Q. i wsp.: A systematic review of interventions conducted in clinical or community settings to improve dual-task postural control in older adults. “Clin Interv Aging”, 2014, 9, 477-492.
28. Nasreddine Z.S., Phillips N.A., Bédirian V. i wsp.: The Montreal Cognitive Assessment, MoCA: a brief screening tool for mild cognitive impairment. “J Am Geriatr Soc”, 2005, 53 (4), 695-9.
29. Magierska J., Magierski R., Fendler W. i wsp.: Clinical application of the Polish adaptation of the Montreal Cognitive Assessment (MoCA) test in screening for cognitive impairment. “Neurol Neurochir Pol”, 2012, 46 (2), 130-9.
30. Arnett J.A., Labovitz S.S.: Effect of physical layout in performance of the Trail Making Test. “Psychol Assess”, 1995, 7 (2), 220-21.
31. Ferrari R. The story of the heartbeat, I: part I − heart rate: the rhythm of life. „Eur Heart J„, 2012, 33 (1), 4-5.
32. Rendeiro C., Rhodes J.S.: A new perspective of the hippocampus in the origin of exercise-brain interactions. “Brain Struct Funct”, 2018, 223 (6), 2527-2545.
33. Ermutlu N., Yücesir I., Eskikurt G. i wsp.: Brain electrical activities of dancers and fast ball sports athletes are different. “Cogn Neurodyn”, 2015, 9 (2), 257-263.
34. Vivar C., Peterson B.D., van Praag H.: Running rewires the neuronal network of adult-born dentate granule cells. “Neuroimage”, 2016, 131, 29-41.
35. McIsaac T., Plummer P., Muratori L. i wsp.: Dual-Task Interference: Definition, Measurement and Intervention. 2015.
36. Strohle A.: Physical activity, exercise, depression and anxiety disorders. “J Neural Transm”, 2009, 116, 777-784.
37. Ranabir S., Reetu K.: Stress and hormones. “Indian J Endocrinol Metab”, 2011, 15 (1), 18-22.
38. Matzel L.D., Light K.R., Wass C. i wsp.: Longitudinal attentional engagement rescues mice from age-related cognitive declines and cognitive in flexibility. “Learn Mem”, 2011, 18 (5), 345-56.
39. Bherer L., Kramer A.F., Peterson M.S. i wsp.: Transfer effects in task-set cost and dual-task cost after dual-task training in older and younger adults: further evidence for cognitive plasticity in attentional control in late adulthood. “Exp Aging Res”, 2008, 34 (3), 188-219.
40. Braver T.S, Paxton J.L, Locke H.S. i wsp.: Flexible neural mechanisms of cognitive control within human prefrontal cortex. “Proc Natl Acad Sci USA”, 2009, 106 (18), 7351-6.
41. Bherer L., Kramer A.F., Peterson M.S. i wsp.: Training effects on dual-task performance: are there age-related differences in plasticity of attentional control? “Psychol Aging”, 2005, 20 (4), 695-709. 

mgr Szymon Krupnik¹, mgr Tomasz Sikorski², mgr Grzegorz Sobański³,
mgr Paweł Chuberski⁴, prof. UJK dr hab. Marek Żak⁵ 
1 Wydział Wychowania Fizycznego i Sportu – Studia Doktoranckie, Akademia Wychowania Fizycznego, Kraków
2 Collegium Medicum – Studia Doktoranckie, Uniwersytet Jana Kochanowskiego, Kielce
3 Reha Medica, Tarnów 
4 Uniwersytet Trzeciego Wieku, Łazy
5 Collegium Medicum, Uniwersytet Jana Kochanowskiego, Kielce

Galeria

Zobacz więcej