Nieuwe blik op de impact van veroudering op het motorisch aanpassingsvermogen

Wegens toegenomen levensverwachting en dalende vruchtbaarheidscijfers, stijgt de bevolking wereldwijd. Dit zet onze gezondheidszorg en sociale zekerheid onder druk. Een verouderende bevolking is niet problematisch indien de bijkomende levensjaren ook in goede gezondheid doorgebracht kunnen worden. Echter, er bestaat nog steeds een grote kloof tussen de levensverwachting en de gezonde levensverwachting. Daarom heeft de Wereldgezondheidsorganisatie (WHO) zichzelf gezonde veroudering als een belangrijke doelstelling opgelegd. Deze organisatie definieert gezonde veroudering als het ontwikkelen en in stand houden van een functioneel vermogen om welzijn toe te laten tot op oude leeftijd. Functioneel vermogen is het vermogen om in basisbehoeften te voorzien, te leren, groeien en beslissingen te nemen, mobiel te zijn, relaties op te bouwen en te onderhouden en een bijdrage te leveren aan de samenleving. Dit vermogen vereist mobiliteit, terwijl bewegingsfunctionaliteit afneemt bij het ouder worden. Een betere kennis van bewegingsfunctionaliteit bij gezonde ouderen kan ons helpen om nieuwe strategieën te ontwikkelen om functionele onafhankelijkheid bij ouderen te verbeteren en voorziet ons van een referentie voor ouderen die te maken krijgen met neurologische aandoeningen die de beweging beïnvloeden. Bijvoorbeeld, bij het verouderen veranderen de eigenschappen van spiervezels, neemt de botmassa en –dichtheid af, ondergaat het gewrichtskraakbeen een aanzienlijke verandering, gewrichten worden stijver en fragieler, wat kan resulteren in frequenter vallen, spiersterkte vermindert en er is een afname van beweging en loopsnelheid. Naast achteruitgang van de bewegingsfunctie bij het ouder worden, neemt ook het vermogen af om de beweging aan te passen aan verandering in de omgeving en veranderingen van het lichaam.

In Hoofdstuk 1, introduceren we het concept forward model, dat toelaat de sensorische uitkomst te voorspellen van een bepaalde beweging. Deze voorspelling stelt het brein in staat om te gaan met beperkingen van het menselijk lichaam, zoals langzame informatieoverdracht, sensorische informatie met ruis en langzame neurale berekeningen. Forward models zijn alleen nuttig wanneer ze accuraat zijn in alle omstandigheden, wat mogelijk wordt gemaakt door motorische aanpassing. We bespreken motorische aanpassing, zijn eigenschappen en onderliggende componenten. Eerst, tonen we welke invloed veroudering heeft op motorische aanpassing en op de interactie tussen leeftijdsafhankelijke wijzigingen van het centrale en perifere zenuwstelsel. Voorgaand werk heeft aangetoond dat motorische aanpassing afneemt met de leeftijd, toch waren verschillende bevindingen niet eenduidig en zijn er nog heel wat mogelijkheden voor verder onderzoek. Daarom, heeft dit doctoraatsonderzoek als doel bijkomend inzicht te verschaffen in de oorzaak van de afname van motorische aanpassing met het gezond ouder worden.

Drie hoofdhypothesen zijn aangevoerd om de leeftijdsafhankelijke afname van motorische aanpassing te verklaren: 1) Vermindering van herkalibratie van het intern model ten gevolge van leeftijdsafhankelijke cerebellaire degeneratie (Intern model hypothese), 2) afname van de cognitieve component van motorische aanpassing (Strategie hypothese), en 3) beperktere retentie van de beweging (Retentie hypothese). In Hoofdstuk 2, hebben we deze drie hypotheses systematisch onderzocht in een grote steekproef van senioren (mannen en vrouwen). We toonden aan dat de leeftijdsafhankelijke afname van motorische aanpassing niet te wijten was aan een verminderde herkalibratie van het intern model of een beperktere retentie van het motorisch geheugen. In de plaats daarvan ontdekten we dat de cognitieve component gereduceerd was bij ouderen. Vandaar suggereert deze eerste experimentele studie de interessante mogelijkheid dat de mechanismen gecontroleerd door het cerebellum niet afnemen met de leeftijd ondanks cerebellaire degeneratie.

In Hoofdstuk 3, hebben we de achteruitgang van de cognitieve component van motorische aanpassing verder onderzocht. Tijdens andere motorische taken dan motorische aanpassing, lijken ouderen meer beroep te doen op cognitie dan jongeren om hun prestaties te verbeteren. Het is onbekend waarom ouderen daartoe niet in staat zijn bij motorische aanpassing. Om deze schijnbare tegenstelling op te lossen, hebben we de hypothese van cognitieve hulpbronnen voorgesteld. Deze hypothese suggereert dat ouderen meer cognitieve hulpbronnen nodig hebben in de onverstoorde reikbeweging ten opzichte van jongeren, dit laat minder hulpbronnen beschikbaar voor het cognitieve aspect van motorisch aanpassing. Twee dual-taak experimenten werden ontworpen om deze hypothese te verifiëren. Dual-taak kosten in de baseline van visuomotor rotatie experimenten lieten toe een schatting te maken van de hoeveelheid cognitieve hulpbronnen noodzakelijk voor onverstoorde reikbewegingen. We konden echter onze vooropgestelde hypothese niet bevestigen. In plaats daarvan zagen we dat expliciete aanpassing geassocieerd was met visuospatiale vaardigheden (visueel werkgeheugen en visueel geheugen). Daarom, denken we dat de algemene cognitieve status (hoeveelheid beschikbare cognitieve hulpbronnen) van een individu de ontwikkeling van expliciete aanpassing kan voorspellen.

In Hoofdstuk 2, ontdekten we dat herkalibratie van het intern model intact bleef of zelfs toenam met het ouder worden, wanneer we het onafhankelijk evalueerden. In Hoofstuk 4, hebben we de invloed van leeftijdsafhankelijke afname van sensorische nauwkeurigheid nagegaan op de toename van herkalibratie van het intern model. Een mogelijke verklaring was dat de gereduceerde sensorische nauwkeurigheid resulteerde in een toegenomen afhankelijkheid van de voorspelde sensorische feedback. Dit heeft geleid tot onze geregistreerde hypothese: We verwachten een relatie tussen de afname van somatosensatie en de toename van herkalibratie van het intern model met veroudering. Echter, we konden deze hypothese niet ondersteunen en concludeerden dat de toename van rekalibratie van het intern model niet gerelateerd was aan een leeftijdsafhankelijke afname van somatosensatie. Daarentegen, suggereren we dat levenslang leren van sensorische voorspellingsfouten resulteert in een toename van de rekalibratie van het intern model met het ouder worden.

In deze doctoraatsthesis volgden we een hypothese gedreven aanpak met zorgvuldig experimenteel onderzoek volgens de best mogelijke onderzoekspraktijken. Deze aanpak liet ons toe te besluiten dat de cognitieve component van motorische aanpassing de afname van aanpassing bij ouderen veroorzaakte. Anderzijds, kon een toegenomen rekalibratie van het intern model compenseren voor de afname van de cognitieve component. De afname van de cognitieve component was niet gerelateerd aan een toename van cognitieve hulpbronnen tijdens onverstoorde reikbeweging bij ouderen. Daarentegen, lijkt de algemene cognitieve status een betere voorspelling te maken op het ontwikkelen van een expliciete strategie. Ten slotte, was de toegenomen rekalibratie van het intern model niet gerelateerd aan een leeftijdsafhankelijke afname van somatosensatie. Toekomstig onderzoek zou moeten nagaan of deze inzichten kunnen uitgebreid worden naar andere aspecten van motorisch leren en hoe we deze inzichten kunnen implementeren in nieuwe of verbeterde revalidatie strategieën bij oudere patiënten met of zonder neurodegeneratieve ziekten.