Dual task performance of working memory and postural control in major depressive disorder

Objective: Previous studies with patients diagnosed with Major Depressive Disorder (MDD) revealed deficits in working memory and executive functions. In the present study we investigated whether patients with MDD have the ability to allocate cognitive resources in dual task performance of a highly challenging cognitive task (working memory) and a task that is seemingly automatic in nature (postural control). Method: Fifteen young (18–35 years old) patients with MDD and 24 healthy age-matched controls performed a working memory task and two postural control tasks (standing on a stable or on a moving platform) both separately (single task) and concurrently (dual task). Results: Postural stability under single task conditions was similar in the two groups, and in line with earlier studies, MDD patients recalled fewer working memory items than controls. To equate working memory challenges for patients and controls, task difficulty (number of items presented) in dual task was individually adjusted such that accuracy of working memory performance was similar for the two groups under single task conditions. Patients showed greater postural instability in dual task performance on the stable platform, and more importantly when posture task difficulty increased (moving platform) they showed deficits in both working memory accuracy and postural stability compared with healthy controls. Conclusions: We interpret our results as evidence for executive control deficits in MDD patients that affect their task coordination. In multitasking, these deficits affect not only cognitive but also sensorimotor task performance.

Impacts fonctionnels du traumatisme craniocérébral léger sur la vision et l'équilibre postural chez l'adulte

Le traumatisme craniocérébral léger (TCCL) a des effets complexes sur plusieurs fonctions cérébrales, dont l’évaluation et le suivi peuvent être difficiles. Les problèmes visuels et les troubles de l’équilibre font partie des plaintes fréquemment rencontrées après un TCCL. En outre, ces problèmes peuvent continuer à affecter les personnes ayant eu un TCCL longtemps après la phase aiguë du traumatisme. Cependant, les évaluations cliniques conventionnelles de la vision et de l’équilibre ne permettent pas, la plupart du temps, d’objectiver ces symptômes, surtout lorsqu’ils s’installent durablement. De plus, il n’existe pas, à notre connaissance, d’étude longitudinale ayant étudié les déficits visuels perceptifs, en tant que tels, ni les troubles de l’équilibre secondaires à un TCCL, chez l’adulte. L’objectif de ce projet était donc de déterminer la nature et la durée des effets d’un tel traumatisme sur la perception visuelle et sur la stabilité posturale, en évaluant des adultes TCCL et contrôles sur une période d’un an. Les mêmes sujets, exactement, ont participé aux deux expériences, qui ont été menées les mêmes jours pour chacun des sujets. L’impact du TCCL sur la perception visuelle de réseaux sinusoïdaux définis par des attributs de premier et de second ordre a d’abord été étudié. Quinze adultes diagnostiqués TCCL ont été évalués 15 jours, 3 mois et 12 mois après leur traumatisme. Quinze adultes contrôles appariés ont été évalués à des périodes identiques. Des temps de réaction (TR) de détection de clignotement et de discrimination de direction de mouvement ont été mesurés. Les niveaux de contraste des stimuli de premier et de second ordre ont été ajustés pour qu’ils aient une visibilité comparable, et les moyennes, médianes, écarts-types (ET) et écarts interquartiles (EIQ) des TR correspondant aux bonnes réponses ont été calculés. Le niveau de symptômes a également été évalué pour le comparer aux données de TR. De façon générale, les TR des TCCL étaient plus longs et plus variables (plus grands ET et EIQ) que ceux des contrôles. De plus, les TR des TCCL étaient plus courts pour les stimuli de premier ordre que pour ceux de second ordre, et plus variables pour les stimuli de premier ordre que pour ceux de second ordre, dans la condition de discrimination de mouvement. Ces observations se sont répétées au cours des trois sessions. Le niveau de symptômes des TCCL était supérieur à celui des participants contrôles, et malgré une amélioration, cet écart est resté significatif sur la période d’un an qui a suivi le traumatisme. La seconde expérience, elle, était destinée à évaluer l’impact du TCCL sur le contrôle postural. Pour cela, nous avons mesuré l’amplitude d’oscillation posturale dans l’axe antéropostérieur et l’instabilité posturale (au moyen de la vitesse quadratique moyenne (VQM) des oscillations posturales) en position debout, les pieds joints, sur une surface ferme, dans cinq conditions différentes : les yeux fermés, et dans un tunnel virtuel tridimensionnel soit statique, soit oscillant de façon sinusoïdale dans la direction antéropostérieure à trois vitesses différentes. Des mesures d’équilibre dérivées de tests cliniques, le Bruininks-Oseretsky Test of Motor Proficiency 2nd edition (BOT-2) et le Balance Error Scoring System (BESS) ont également été utilisées. Les participants diagnostiqués TCCL présentaient une plus grande instabilité posturale (une plus grande VQM des oscillations posturales) que les participants contrôles 2 semaines et 3 mois après le traumatisme, toutes conditions confondues. Ces troubles de l’équilibre secondaires au TCCL n’étaient plus présents un an après le traumatisme. Ces résultats suggèrent également que les déficits affectant les processus d’intégration visuelle mis en évidence dans la première expérience ont pu contribuer aux troubles de l’équilibre secondaires au TCCL. L’amplitude d’oscillation posturale dans l’axe antéropostérieur de même que les mesures dérivées des tests cliniques d’évaluation de l’équilibre (BOT-2 et BESS) ne se sont pas révélées être des mesures sensibles pour quantifier le déficit postural chez les sujets TCCL. L’association des mesures de TR à la perception des propriétés spécifiques des stimuli s’est révélée être à la fois une méthode de mesure particulièrement sensible aux anomalies visuomotrices secondaires à un TCCL, et un outil précis d’investigation des mécanismes sous-jacents à ces anomalies qui surviennent lorsque le cerveau est exposé à un traumatisme léger. De la même façon, les mesures d’instabilité posturale se sont révélées suffisamment sensibles pour permettre de mesurer les troubles de l’équilibre secondaires à un TCCL. Ainsi, le développement de tests de dépistage basés sur ces résultats et destinés à l’évaluation du TCCL dès ses premières étapes apparaît particulièrement intéressant. Il semble également primordial d’examiner les relations entre de tels déficits et la réalisation d’activités de la vie quotidienne, telles que les activités scolaires, professionnelles ou sportives, pour déterminer les impacts fonctionnels que peuvent avoir ces troubles des fonctions visuomotrice et du contrôle de l’équilibre.

Short-Term Effects of the Use of Non-Rigid Tools for Postural Control by Adults with Intellectual Disabilities

Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico (CNPq)

Efeitos do sistema âncora sobre o controle postural de idosos

Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES)

Controle postural de idosos: efeito da perturbação visual com o uso do sistema âncora

Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES)

Relação entre a disparidade de força entre membros inferiores e estabilidade postural em atletas de voleibol

Volleyball is a sport in which the laterality dominant limb shows superior strength and coordination because of its preferential use. Asymmetrical tendencies during the landing after the jump when striking or blocking actions are predominant for most part of game (ARRUDA; EDUARDO, 2008). Adaptations include imbalance of forces in static and dynamic motions at the knee joint, which increases risk for injury. Also, asymmetries in balance control during jumping and landing associate with a general postural instability that can be observed during static balance tasks. The purpose of this study was to investigate relationship between unequal lower limb strength (muscle imbalance) and postural stability levels in volleyball athletes and non-athletes. Nine female volleyball athletes and 10 active non-athletes participated in this study. Four encouters with participants were scheduled: three encounters in the bodybuilding gymnasium to collect anthropometric measures (weight, height for BMI, thigh circumference, which provided an initial diagnosis about asymmetry), and to perform the isometric strength test (i.e., leg press using a load cell and a force transducer to calculate uni an bilateral strength). The last encounter was in the laboratory where a balance test on a force platform was administered under five test conditions, with three repetitions each: baseline (natural standing position), one-leg standing, right side, with full vision (D_CV), and blindfolded (D_SV), one-leg standing, left side, with full vision (E_CV), and blindfolded (E_SV). The stability levels were evaluated using the path length parameters which was based on the total displacement of the center of pressure (DTCP). . Both groups shows asymmetric strength levels between legs, with better performance for the right leg. An ANOVA three way using the DTCP for the CV condition, legs (D x E), trials (3) with repeated measures for the first two factors and with a between (three)...

Can postural control performance be an indicator of truck drivers' sleep deprivation?

Long-haul drivers work in irregular schedules due to load delivery demands. In general, driving and sleeping occur at irregular times and, consequently, partial sleep deprivation and/or circadian misalignment may emerge and result in sleepiness at the wheel. In this way, the aim of this study was to verify changes in the postural control parameters of professional drivers after one-night working. Eight male truck drivers working at night - night drivers (ND) and nine day drivers (DD) volunteered to participate in this study. The night drivers' postural stability was assessed immediately before and after an approximately 430 km journey by two identical force platforms at departure and arrival sites. The DD group was measured before and after a day's work. An interaction effect of time of day and type of shift in both conditions: eyes open (p < 0.01) and eyes closed (p < 0.001) for amplitude of mediolateral movements was observed. Postural stability, measured by force platform, is affected by a night of work, suggesting that it could be an effect of circadian and homeostatic influences over postural control.

Short-Term Effects of the Use of Non-Rigid Tools for Postural Control by Adults with Intellectual Disabilities

We tested the short-term effects of a nonrigid tool, identified as an "anchor system" (e.g., ropes attached to varying weights resting on the floor), on the postural stabilization of blindfolded adults with and without intellectual disabilities (ID). Participants held a pair of anchors one in each hand, under three weight conditions (250 g, 500 g and 1,000 g), while they performed a restricted balance task (standing for 30 s on a balance beam placed on top of a force platform). These conditions were called anchor practice trials. Before and after the practice trials, a condition without anchors was tested. Control practice groups, who practiced blocks of trials without anchors, included individuals with and without ID. The anchor system improved subjects' balance during the standing task, for both groups. For the control groups, the performance of successive trials in the condition without the anchor system showed no improvement in postural stability. The individuals with intellectual disability, as well as their peers without ID, used the haptic cues of nonrigid tools (i.e., the anchor system) to stabilize their posture, and the short-term stabilizing effects appeared to result from their previous use of the anchor system.

Influence of optic flow on postural control

The study of optic flow on postural control may explain how self-motion perception contributes to postural stability in young males and females and how such function changes in the old falls risk population. Study I: The aim was to examine the optic flow effect on postural control in young people (n=24), using stabilometry and surface-electromyography. Subjects viewed expansion and contraction optic flow stimuli which were presented full field, in the foveral or in the peripheral visual field. Results showed that optic flow stimulation causes an asymmetry in postural balance and a different lateralization of postural control in men and women. Gender differences evoked by optic flow were found both in the muscle activity and in the prevalent direction of oscillation. The COP spatial variability was reduced during the view of peripheral stimuli which evoked a clustered prevalent direction of oscillation, while foveal and random stimuli induced non-distributed directions. Study II was aimed at investigating the age-related mechanisms of postural stability during the view of optic flow stimuli in young (n=17) and old (n=19) people, using stabilometry and kinematic. Results showed that old people showed a greater effort to maintain posture during the view of optic flow stimuli than the young. Elderly seems to use the head stabilization on trunk strategy. Visual stimuli evoke an excitatory input on postural muscles, but the stimulus structure produces different postural effects. Peripheral optic flow stabilizes postural sway, while random and foveal stimuli provoke larger sway variability similar to those evoked in baseline. Postural control uses different mechanisms within each leg to produce the appropriate postural response to interact with extrapersonal environment. Ageing reduce the effortlessness to stabilize posture during optic flow, suggesting a neuronal processing decline associated with difficulty integrating multi-sensory information of self-motion perception and increasing risk of falls.

Agings and the parameters in static postural way

There is strong scientific evidence from research trials that aging is associated with loss of muscle mass and decline of neuromuscular abilities. Postural stability is an important neuromuscular ability for the maintenance of upright posture as well as maintaining equilibrium or balance while performing movements and everyday activities. Postural stability is also an important factor in elderly people where postural instability is a major contributor to falls. In our study young and elderly subjects stood quietly in upright posture with parallel positions of their feet and opened eyes on a force platform and performed 3 trials with each trial lasting 30 s. The effects of healthy aging on postural sway parameters were studied. We found that age-related changes in postural sway mostly affect the velocity of the center of pressure movement and the mean amplitude center of pressure movement during static postural sway test.

Impacts fonctionnels du traumatisme craniocérébral léger sur la vision et l'équilibre postural chez l'adulte

Le traumatisme craniocérébral léger (TCCL) a des effets complexes sur plusieurs fonctions cérébrales, dont l’évaluation et le suivi peuvent être difficiles. Les problèmes visuels et les troubles de l’équilibre font partie des plaintes fréquemment rencontrées après un TCCL. En outre, ces problèmes peuvent continuer à affecter les personnes ayant eu un TCCL longtemps après la phase aiguë du traumatisme. Cependant, les évaluations cliniques conventionnelles de la vision et de l’équilibre ne permettent pas, la plupart du temps, d’objectiver ces symptômes, surtout lorsqu’ils s’installent durablement. De plus, il n’existe pas, à notre connaissance, d’étude longitudinale ayant étudié les déficits visuels perceptifs, en tant que tels, ni les troubles de l’équilibre secondaires à un TCCL, chez l’adulte. L’objectif de ce projet était donc de déterminer la nature et la durée des effets d’un tel traumatisme sur la perception visuelle et sur la stabilité posturale, en évaluant des adultes TCCL et contrôles sur une période d’un an. Les mêmes sujets, exactement, ont participé aux deux expériences, qui ont été menées les mêmes jours pour chacun des sujets. L’impact du TCCL sur la perception visuelle de réseaux sinusoïdaux définis par des attributs de premier et de second ordre a d’abord été étudié. Quinze adultes diagnostiqués TCCL ont été évalués 15 jours, 3 mois et 12 mois après leur traumatisme. Quinze adultes contrôles appariés ont été évalués à des périodes identiques. Des temps de réaction (TR) de détection de clignotement et de discrimination de direction de mouvement ont été mesurés. Les niveaux de contraste des stimuli de premier et de second ordre ont été ajustés pour qu’ils aient une visibilité comparable, et les moyennes, médianes, écarts-types (ET) et écarts interquartiles (EIQ) des TR correspondant aux bonnes réponses ont été calculés. Le niveau de symptômes a également été évalué pour le comparer aux données de TR. De façon générale, les TR des TCCL étaient plus longs et plus variables (plus grands ET et EIQ) que ceux des contrôles. De plus, les TR des TCCL étaient plus courts pour les stimuli de premier ordre que pour ceux de second ordre, et plus variables pour les stimuli de premier ordre que pour ceux de second ordre, dans la condition de discrimination de mouvement. Ces observations se sont répétées au cours des trois sessions. Le niveau de symptômes des TCCL était supérieur à celui des participants contrôles, et malgré une amélioration, cet écart est resté significatif sur la période d’un an qui a suivi le traumatisme. La seconde expérience, elle, était destinée à évaluer l’impact du TCCL sur le contrôle postural. Pour cela, nous avons mesuré l’amplitude d’oscillation posturale dans l’axe antéropostérieur et l’instabilité posturale (au moyen de la vitesse quadratique moyenne (VQM) des oscillations posturales) en position debout, les pieds joints, sur une surface ferme, dans cinq conditions différentes : les yeux fermés, et dans un tunnel virtuel tridimensionnel soit statique, soit oscillant de façon sinusoïdale dans la direction antéropostérieure à trois vitesses différentes. Des mesures d’équilibre dérivées de tests cliniques, le Bruininks-Oseretsky Test of Motor Proficiency 2nd edition (BOT-2) et le Balance Error Scoring System (BESS) ont également été utilisées. Les participants diagnostiqués TCCL présentaient une plus grande instabilité posturale (une plus grande VQM des oscillations posturales) que les participants contrôles 2 semaines et 3 mois après le traumatisme, toutes conditions confondues. Ces troubles de l’équilibre secondaires au TCCL n’étaient plus présents un an après le traumatisme. Ces résultats suggèrent également que les déficits affectant les processus d’intégration visuelle mis en évidence dans la première expérience ont pu contribuer aux troubles de l’équilibre secondaires au TCCL. L’amplitude d’oscillation posturale dans l’axe antéropostérieur de même que les mesures dérivées des tests cliniques d’évaluation de l’équilibre (BOT-2 et BESS) ne se sont pas révélées être des mesures sensibles pour quantifier le déficit postural chez les sujets TCCL. L’association des mesures de TR à la perception des propriétés spécifiques des stimuli s’est révélée être à la fois une méthode de mesure particulièrement sensible aux anomalies visuomotrices secondaires à un TCCL, et un outil précis d’investigation des mécanismes sous-jacents à ces anomalies qui surviennent lorsque le cerveau est exposé à un traumatisme léger. De la même façon, les mesures d’instabilité posturale se sont révélées suffisamment sensibles pour permettre de mesurer les troubles de l’équilibre secondaires à un TCCL. Ainsi, le développement de tests de dépistage basés sur ces résultats et destinés à l’évaluation du TCCL dès ses premières étapes apparaît particulièrement intéressant. Il semble également primordial d’examiner les relations entre de tels déficits et la réalisation d’activités de la vie quotidienne, telles que les activités scolaires, professionnelles ou sportives, pour déterminer les impacts fonctionnels que peuvent avoir ces troubles des fonctions visuomotrice et du contrôle de l’équilibre.

Comparação da estabilidade postural entre jogadores de futsal com e sem história de entorse da tibiotársica

Introdução: A entorse da tibiotársica pode causar insuficiências no complexo articular do tornozelo, contudo o impacto de uma entorse prévia na estabilidade postural ainda é controverso. Objetivo: Comparar a estabilidade postural entre jogadores de futsal com e sem história de entorse da tibiotársica. Métodos: Foram recrutadas aleatoriamente 7 equipas seniores, amadoras, de futsal da região centro, Portugal, que participavam no campeonato distrital de Aveiro ou Coimbra na época 2013/14. Dos 83 jogadores que aceitaram participar no estudo, 12 tinham critérios para serem incluídos no grupo com entorse (GCE). Dos restantes, foram selecionados aleatoriamente 12 atletas para o grupo sem história de entorse (GSE). A estabilidade postural foi avaliada com os participantes em apoio unipodal, durante 30s, com os olhos abertos, usando uma plataforma de forças. Resultados: Não se observaram diferenças entre os grupos na idade (GSE, 25,8 ± 3,1 vs. GCE, 27,1 ± 4,3 anos, p>0,05), peso e altura. Relativamente à estabilidade postural apenas se observaram diferenças significavas entre grupos no deslocamento antero-posterior, sendo que o GCE apresentou um deslocamento superior ao GSE (4,72 ± 1,41 vs. 3,54 ± 0,23 cm, p<0,05). Não se registaram diferenças significativas no deslocamento medio-lateral, comprimento total, velocidade do deslocamento e área do centro de pressão. Conclusão: Neste estudo, os jogadores de futsal com história de entorse da tibiotársica apresentaram menor estabilidade postural, que se manifestou num maior deslocamento antero-posterior do centro de pressão.

Quantification of the human postural control system to perturbations

Human standing posture is inherently unstable. The postural control system (PCS), which maintains standing posture, is composed of the sensory, musculoskeletal, and central nervous systems. Together these systems integrate sensory afferents and generate appropriate motor efferents to adjust posture. The PCS maintains the body center of mass (COM) with respect to the base of support while constantly resisting destabilizing forces from internal and external perturbations. To assess the human PCS, postural sway during quiet standing or in response to external perturbation have frequently been examined descriptively. Minimal work has been done to understand and quantify the robustness of the PCS to perturbations. Further, there have been some previous attempts to assess the dynamical systems aspects of the PCS or time evolutionary properties of postural sway. However those techniques can only provide summary information about the PCS characteristics; they cannot provide specific information about or recreate the actual sway behavior. This dissertation consists of two parts: part I, the development of two novel methods to assess the human PCS and, part II, the application of these methods. In study 1, a systematic method for analyzing the human PCS during perturbed stance was developed. A mild impulsive perturbation that subjects can easily experience in their daily lives was used. A measure of robustness of the PCS, 1/MaxSens that was based on the inverse of the sensitivity of the system, was introduced. 1/MaxSens successfully quantified the reduced robustness to external perturbations due to age-related degradation of the PCS. In study 2, a stochastic model was used to better understand the human PCS in terms of dynamical systems aspect. This methodology also has the advantage over previous methods in that the sway behavior is captured in a model that can be used to recreate the random oscillatory properties of the PCS. The invariant density which describes the long-term stationary behavior of the center of pressure (COP) was computed from a Markov chain model that was applied to postural sway data during quiet stance. In order to validate the Invariant Density Analysis (IDA), we applied the technique to COP data from different age groups. We found that older adults swayed farther from the centroid and in more stochastic and random manner than young adults. In part II, the tools developed in part I were applied to both occupational and clinical situations. In study 3, 1/MaxSens and IDA were applied to a population of firefighters to investigate the effects of air bottle configuration (weight and size) and vision on the postural stability of firefighters. We found that both air bottle weight and loss of vision, but not size of air bottle, significantly decreased balance performance and increased fall risk. In study 4, IDA was applied to data collected on 444 community-dwelling elderly adults from the MOBILIZE Boston Study. Four out of five IDA parameters were able to successfully differentiate recurrent fallers from non-fallers, while only five out of 30 more common descriptive and stochastic COP measures could distinguish the two groups. Fall history and the IDA parameter of entropy were found to be significant risk factors for falls. This research proposed a new measure for the PCS robustness (1/MaxSens) and a new technique for quantifying the dynamical systems aspect of the PCS (IDA). These new PCS analysis techniques provide easy and effective ways to assess the PCS in occupational and clinical environments.

Avaliação da estabilidade postural durante a realização de exercícios de equilíbrio com diferentes níveis de dificuldade

Projeto de Graduação apresentado à Universidade Fernando Pessoa como parte dos requisitos para obtenção do grau de Licenciado em Fisioterapia

Pedunculopontine nucleus deep brain stimulation produces sustained improvement in primary progressive freezing of gait

Objective: To assess the efficacy of bilateral pedunculopontine nucleus (PPN) deep brain stimulation (DBS) as a treatment for primary progressive freezing of gait (PPFG). ------ ----- Methods: A patient with PPFG underwent bilateral PPN-DBS and was followed clinically for over 14 months. ------ ----- Results: The PPFG patient exhibited a robust improvement in gait and posture following PPN-DBS. When PPN stimulation was deactivated, postural stability and gait skills declined to pre-DBS levels, and fluoro-2-deoxy-d-glucose positron emission tomography revealed hypoactive cerebellar and brainstem regions, which significantly normalised when PPN stimulation was reactivated. ------ ----- Conclusions: This case demonstrates that the advantages of PPN-DBS may not be limited to addressing freezing of gait (FOG) in idiopathic Parkinson's disease. The PPN may also be an effective DBS target to address other forms of central gait failure.