Prototipo de retroalimentación auditiva para la rehabilitación de marcha en enfermedad de Parkinson

Abstract

Abstract: Parkinson's disease (PD) is a degenerative disorder, affecting the 1% of the population older than 65. It is characterized by deterioration of the motor automaticity given by the basal ganglia, resulting in clinical manifestations such as bradykinesia, hypokinesia, altered postural balance and gait. In addition, PD affects the ability to learn new motor tasks over the long-term. In this way, people affected with PD depend on the attentional system and cognitive control to execute movements that have already been learned and are usually automated. Given the progressive nature of disease and the limitations of surgical and pharmacological treatments, motor rehabilitation strategies play a role in maintaining the level of functional independence. Favorable recommendations have been found in the literature regarding the use of external auditory cues to facilitate the execution of the gait pattern because they supplement the motor automaticity impairment. However, there is still some question as to how to provide such auditory moduli to optimize motor response effects in terms of synchronization, automaticity and magnitude of change in gait variables. There is a hypothesis that linearity in the motor response enhance motor automaticity and motor learning. In the present work an auditory feedback prototype was developed by means of a semi-automatic strategy of gait characteristics quantification, to study both the temporal synchronization and the linearity between the rate of Auditory stimulation and the spatiotemporal response of the group of people with Parkinson's disease (n = 12) and control subjects (n = 7). For this purpose, a protocol of auditory stimulation with a set o variables related with high and low modulation of cadence was designed based on the existing literature. It was found that the best temporal synchronization are in the order of 110-120 bpm in high cadence and 80-100 bpm in low cadence. A strong linear correlation (R 0.9) was observed between the stimuli (auditory input) and the motor response in cadence and speed (motor output) in the majority of participants. However, the response in terms of step length showed a lower linear correlation and greater variability (0;21 R 0;9). Regarding the magnitude of the change achieved, a great variation was observed from baseline in cadence (28-43 %) and walking speed, especially in subjects of PD stage 3 (28-76 %). On the other hand, we did not observe the expected increase in step length with decreasing cadence. Therefore, the synchronization of the stimuli (auditory input) and the motor response (output motor), as its linear or nonlinear character of the same, and the effective modulation of the spatio-temporal variables Of the gait, can be used as descriptors of automatism and the initial phase of motor learning in the immediate term, called acquisition. The implementation of a closed-loop system will provide the tool to optimize the motor response according to these criteria.

Resumen: La enfermedad de Parkinson (EP) es un trastorno de movimiento de carácter degenerativo, que afecta al % 1 de la población mayor de 65 a ̃nos. Se caracteriza por deterioro de la automaticidad motora dado por los ganglios basales, lo cual resulta en manifestaciones clínicas como bradicinesia, hipocinesia, alteración del equilibrio y de la marcha. Adicionalmente la EP afecta la capacidad de aprender nuevas tareas motoras a largo plazo. De esta forma los personas afectadas con EP dependen del sistema de control atencional y cognitiva para ejecutar movimientos que ya han sido aprendidos y que usualmente son automáticos. Dado el carácter progresivo de la disfunción y las limitaciones que presentan los tratamientos de tipo quirúrgico y farmacológico, las estrategias de rehabilitación motora adquieren relevancia para mantener el nivel de independencia funcional. Se ha encontrado en la literatura recomendaciones favorables en relación al uso de claves auditivas externas para facilitar la ejecución del patrón de marcha porque suplen el déficit de automaticidad. Sin embargo, aun existen cuestionamientos en cuanto a la forma de suministrar tales estímulos auditivos para optimizar los efectos respuesta motora en términos de automaticidad y la magnitud del cambio en los variables de la marcha. Existe la hipótesis que la linealidad en la respuesta motora favorece la automaticidad y el aprendizaje motor. En el presente trabajo se desarrolló el prototipo de retroalimentación auditiva mediante una estrategia semi-automática de extracción de características de movimiento, para estudiar tanto la sincronización temporal como la linealidad entre la tasa de estimulación auditiva y la respuesta espaciotemporal de la marcha en grupo de personas con Parkinson (n=12) y sujetos controles (n=7). Para tal propósito, se diseñó un protocolo de estimulación auditiva consistente en un conjunto de parámetros de modulación a la alta y a la baja de la cadencia. Se halló que las la mejor sincronización temporal se encuentran en el orden de los 110-120 bpm en alta cadencia y de los 80-100 bpm en baja cadencia. Se observó una fuerte correlación lineal (R 0,9) entre el estímulo (input auditorio) y la respuesta motora en cadencia y velocidad (output motor) en la mayoría. Sin embargo la respuesta en términos de longitud de paso registró una menor correlación lineal y de mayor variabilidad (0,21 R 0,9). Respecto a la magnitud del cambio logrado, se observó una gran variación respecto a la línea de base en la cadencia (28-43 %) y la velocidad de marcha, especialmente en los sujetos de estadío 3 de la EP (28-76 %). Por otro lado, no se observó el aumento esperado de la longitud del paso con la cadencia decreciente. Por lo tanto, la sincronización de los estímulos (input auditivo) y la respuesta motora (output motor), el cómo su carácter lineal o no lienal de la misma, una modulación efectiva de las variables espacio-temporales de la marcha, pueden utilizarse como descriptores del automatismo y la fase inicial del aprendizaje motor en el término inmediato, llamado adquisición. La implementación de un sistema de ciclo cerrado proporcionaría la herramienta para optimizar la respuesta motora de acuerdo a estos criterios