Entraînement cognitif-moteur : utilisation de tâches duales, réalité virtuelle et réalité augmentée

José López Sánchez, coordinateur des thérapies au CEN, expose dans cet article l’entraînement cognitivo-moteur basé sur les tâches doubles, la réalité virtuelle et augmentée.

(Le présent document « Entraînement cognitivo-moteur : utilisation des tâches doubles, de la réalité virtuelle et augmentée » se fonde sur une traduction libre du document intitulé “Entraînement de la marche et de l’équilibre basé sur la réalité virtuelle et augmentée” (1) avec des contributions de l’auteur José López Sánchez, basées sur son expérience clinique et d’autres études scientifiques publiées sur le sujet.)

Introduction

• L’utilisation de la réalité virtuelle et de la réalité augmentée en neurorééducation est devenue populaire ces dernières années et a suscité une grande attention dans les publications scientifiques (environ 1000 articles) (1).

• Les déficits dans les tâches doubles, cognitivo-motrices (par exemple, marcher en parlant) sont fréquents chez les personnes présentant des séquelles neurologiques. L’entraînement aux tâches doubles cognitivo-motrices a été proposé comme alternative aux méthodes conventionnelles de rééducation pour aborder ces problèmes (2).
• Les résultats des études sur l’entraînement aux tâches doubles montrent des améliorations dans :
  • vitesse de marche en tâche unique et longueur de pas chez les personnes atteintes de la maladie de Parkinson et de la maladie d’Alzheimer.
  • vitesse de marche en tâches doubles chez les personnes atteintes de Parkinson, d’Alzheimer et de lésions cérébrales.
  • Cela pourrait améliorer l’équilibre et la cognition des personnes atteintes de Parkinson et d’Alzheimer.

Principes de traitement

Les protocoles utilisés dans les différentes études et les mesures de résultat employées restent très hétérogènes et ne permettent pas de comparaison entre les groupes. Néanmoins, l’entraînement devrait suivre une série de principes qui, selon les théories de l’apprentissage moteur, permettent d’optimiser les interventions et d’améliorer les résultats.

Voici les principes à appliquer dans l’entraînement :

1. Focus attentionnel,
2. apprentissage implicite,
3. variation,
4. intensité de l’entraînement,
5. spécificité de la tâche,
6. rétroaction.

Nous allons expliquer un par un ces principes de traitement :

1. Focus attentionnel

Pendant la rééducation, les thérapeutes doivent expliquer les exercices aux patients, et les instructions qu’ils fournissent influencent le focus attentionnel du patient, l’exécution du mouvement et son résultat.

Souvent, les thérapeutes utilisent des instructions se référant aux parties du corps ou aux mouvements (par exemple, “garde tes genoux en arrière de tes orteils” pour favoriser une plus grande extension des genoux). En apprentissage moteur, on appelle cela des « instructions favorisant un focus d’attention interne ». Cela entraîne des mouvements plus conscients qui interfèrent avec le contrôle moteur automatique (3).

De plus, chez les personnes présentant des troubles attentionnels, cela consomme une grande partie voire la totalité des capacités attentionnelles de la personne, ne laissant pas de ressources pour effectuer d’autres tâches simultanément (tâches doubles).

Des études récentes indiquent que les instructions favorisant un focus externe, par exemple diriger l’attention sur l’effet du mouvement dans l’environnement (par exemple “touche avec ton pied la marque au sol”), améliorent l’apprentissage moteur.

Des recherches dans le sport (4-6) et l’entraînement de l’équilibre (7) montrent de manière cohérente une meilleure exécution motrice après une période d’apprentissage centrée sur un focus externe, par rapport à des instructions centrées sur un focus interne. Cependant, dans la pratique quotidienne, il est parfois difficile de trouver des instructions adéquates induisant un focus attentionnel externe.

Un des avantages de la réalité augmentée est qu’elle peut faciliter les ajustements de la marche, par exemple via les signaux externes qu’elle fournit, comme des cibles projetées au sol sur lesquelles le patient doit poser le pied, ou des signaux auditifs.

Dans ce cas, la réalité augmentée, en utilisant des signaux externes, oriente le focus attentionnel du patient vers le monde virtuel plutôt que vers son corps, ce qui favorise le focus externe et améliore probablement le résultat de la thérapie, conformément aux principes de l’apprentissage moteur.

2. Apprentissage implicite

Traditionnellement, de nouvelles compétences motrices sont enseignées par des instructions explicites, entraînant un contrôle conscient du mouvement. Cependant, le contrôle du mouvement repose habituellement sur des connaissances implicites. Nous savons comment effectuer le mouvement, sans être conscients de la manière dont nous contrôlons nos muscles et sans pouvoir l’expliquer verbalement.

Des études récentes suggèrent que l’apprentissage explicite peut limiter ou perturber ces processus automatiques, conduisant à une exécution moins bonne, surtout lorsqu’il faut effectuer une tâche sous pression (8-12). La rééducation pourrait donc bénéficier de l’apprentissage implicite, c’est-à-dire l’apprentissage sans conscience explicite du contenu appris.

Par exemple, chez des patients post-AVC, l’exécution d’une tâche d’équilibre dynamique était moins bonne après une période d’apprentissage explicite que suite à un apprentissage implicite (13). Il a été décrit auparavant une manière de promouvoir l’apprentissage implicite via des instructions ou tâches nécessitant un focus attentionnel externe.

Une autre méthode consiste à utiliser une tâche cognitive concurrente (tâche double) (9) ou à introduire de la variation dans les tâches, rendant impossible l’apprentissage via des règles explicites. Les jeux en réalité virtuelle et augmentée favorisent souvent cet apprentissage implicite en appliquant un ou plusieurs de ces principes.

Il est définitivement temps de changer les anciens paradigmes en neurorééducation où le patient va en kinésithérapie ou ergothérapie pour travailler le moteur de la jambe ou du bras, et chez le neuropsychologue pour travailler le cognitif. Les preuves scientifiques montrent la constante interaction des aspects cognitifs et moteurs et que l’interaction entre les capacités du patient, la tâche et l’environnement sont essentielles pour le réapprentissage.

C’est pourquoi nous devons réfléchir au type d’apprentissage que favorise la tâche proposée au patient et à l’environnement dans lequel il la réalisera, en l’adaptant à ses capacités afin de progresser au fur et à mesure de la pratique et de l’amélioration du patient.

3. Variation

L’importance de la variation dans les exercices est une autre leçon tirée des recherches en apprentissage moteur.

Plutôt que de répéter le même mouvement à l’identique, de petites variations dans le mouvement conduisent à un apprentissage moteur plus solide (14). De plus, des variations dans la séquence des exercices (aléatoire versus en bloc) améliorent l’apprentissage moteur, particulièrement la rétention et la transfert (15).

Bien que les études privilégient constamment la pratique variable, la plupart se sont focalisées sur des tâches de laboratoire (15,16) ou des applications sportives (14, 17-19).

Lorsqu’on applique ces principes à l’entraînement de l’équilibre, l’oscillation posturale en position debout est réduite après 15 minutes d’exercices variés d’équilibre (exercices de transfert de poids et réduction de la base de sustentation), alors qu’aucune différence n’est constatée après un entraînement répétitif ou simplement rester debout immobile (20).

Par conséquent, il semble que la pratique variable des tâches puisse également améliorer les résultats en rééducation. Grâce à la réalité virtuelle ou augmentée, les variations peuvent être facilement créées en modifiant les nombreux paramètres des exercices, tels que la position de la cible, les exigences de vitesse, les éléments de l’environnement, etc.

4. Intensité de l’entraînement

L’intensité de l’entraînement (nombre de répétitions, fréquence, difficulté des tâches, etc.) est un facteur déterminant du résultat thérapeutique (21-23). Un entraînement à haute intensité est recommandé pour maximiser l’effet du traitement.

La réalité virtuelle et augmentée pourrait aider à atteindre de hautes intensités de pratique en augmentant la motivation de certains patients et leur adhésion au traitement, améliorant ainsi l’efficacité de l’entraînement et offrant un défi adapté.

De plus, la RV et la RA facilitent deux types d’entraînement : l’entraînement autonome par le patient, en clinique comme à domicile.

Dans de nombreux centres de rééducation, le ratio patient/thérapeute est faible, ce qui complique l’augmentation de l’intensité de l’entraînement. De même, beaucoup de patients ne pratiquent qu’en présence du thérapeute et restent sédentaires à domicile.

Dans ces deux situations, la RV et la RA peuvent être une solution pour certains patients, car elles fournissent le feedback nécessaire à l’exécution des exercices, ceux-ci peuvent être suivis à distance par un professionnel, ajustés lorsque nécessaire, et permettent de recueillir des informations sur l’activité du patient et sa manière de l’effectuer.

En neurorééducation, un entraînement répétitif de mouvements relativement simples est souvent requis. Certains exercices deviennent rapidement ennuyeux, rendant difficile la motivation et la concentration du patient.

Un des avantages de la rééducation virtuelle est le recours aux jeux, qui peut rendre la thérapie plus ludique et agréable pour certains patients (24-26). Cela peut favoriser l’engagement et augmenter l’adhésion au traitement (27-30).

Le nombre de répétitions et le temps de traitement actif avec la réalité virtuelle et la réalité augmentée peuvent être supérieurs à ceux de la thérapie conventionnelle (31-33). Par exemple, une étude a montré le double de pas lors d’une tâche en RA et d’un entraînement sur tapis roulant, comparé à la rééducation conventionnelle de la marche (31). Si la motivation accrue explique en partie ce résultat, ce n’est pas le seul facteur.

Par ailleurs, l’absence de besoin physique de monter et modifier divers circuits de marche accroît le temps de pratique active du patient au sein d’une même séance.

De plus, il est possible de contrôler très précisément le niveau de défi proposé au patient en fonction de ses capacités. La difficulté des jeux peut être facilement et progressivement adaptée, par exemple en ajustant les exigences de vitesse ou les distances des cibles.

5. Spécificité de la tâche

Une autre recommandation majeure en rééducation est d’inclure un entraînement spécifique aux tâches (22, 34). Pour améliorer le transfert des progrès moteurs vers les activités de la vie quotidienne, la thérapie doit inclure la pratique de défis de la vie courante. La RV et la RA peuvent être utilisées pour simuler ces défis dans un environnement sécurisé.

Par exemple, la réalité virtuelle et augmentée peuvent aider à entraîner la marche dans des situations difficiles. C’est essentiel, car marcher dans la vie quotidienne implique bien plus que poser un pied devant l’autre; il faut aussi ajuster le schéma de marche aux différentes situations.

Il peut être nécessaire de lever la jambe plus haut pour éviter de trébucher sur une pierre, de ralentir pour ne pas heurter quelqu’un, d’accélérer pour passer un feu orange, ou d’éviter des passants dans un centre commercial bondé.

L’adaptabilité de la marche se définit comme la capacité à ajuster la marche en fonction des circonstances environnementales, ce qui est crucial pour se déplacer à la maison et surtout en communauté.

La RA peut être un outil utile pour entraîner l’adaptabilité de la marche, en projetant des cibles pour les pieds ou des obstacles sur la surface de marche (35,36). De plus, la réalité virtuelle peut créer un flux optique lorsque l’on marche sur un tapis roulant, améliorant la sensation de marche naturelle (37,38).

D’autres exemples de défis quotidiens sont les activités combinant tâches cognitives et motrices, comme traverser une rue en surveillant la circulation, marcher tout en se rappelant sa liste de courses, ou discuter avec un ami.

En réalisant deux tâches simultanément, la qualité et l’exécution de l’une ou des deux tâches peuvent diminuer. C’est ce qu’on appelle « l’interférence dans les tâches doubles », plus fréquente avec l’âge (39) et certaines pathologies neurologiques comme l’AVC (40) ou la maladie de Parkinson (41).

L’interférence dans les tâches doubles s’est avérée un prédicteur de chutes (42). L’entraînement aux tâches doubles est plus efficace pour réduire cette interférence que l’entraînement mono-tâche (43-46) et les programmes de prévention des chutes devraient toujours inclure des tâches doubles (47).

La réalité virtuelle permet d’ajouter facilement des éléments cognitifs à l’entraînement, intégrant ainsi l’entraînement aux tâches doubles. Une façon de le faire est d’inclure une tâche cognitive non liée à la tâche motrice, par exemple compter à rebours ou une tâche de mémoire.

La plupart du temps, l’entraînement cognitif est effectué assis à une table, rarement en mouvement. Il serait très intéressant d’intégrer des systèmes de stimulation et de rééducation cognitive lors de la marche, de l’entraînement de l’équilibre, ou même simplement en position debout.

Une autre manière d’incorporer la tâche cognitive dans le jeu en réalité virtuelle est par des jeux qui exigent planification ou élaboration d’une stratégie.

Enfin, on peut ajouter des éléments cognitifs en simulant des défis de tâches doubles de la vie quotidienne, comme marcher dans un supermarché virtuel tout en plaçant des objets dans son caddie (48) ou traverser la rue en évitant des obstacles (49).

6. Rétroaction

Pour améliorer notre exécution motrice, nous avons besoin d’au moins une forme d’information sur la manière dont nous réalisons une tâche. Ce feedback ou rétroaction provient souvent de sources intrinsèques, comme la vision ou la proprioception.

La rétroaction intrinsèque peut être augmentée en fournissant des informations normalement inaccessibles au patient, comme les angles exacts des articulations ou des mouvements (biofeedback).

Grâce à la réalité virtuelle, le biofeedback peut être affiché au patient ou même intégré dans l’exercice. Fournir du biofeedback peut être très utile pour l’entraînement de la marche ou de l’équilibre.

L’entraînement de l’équilibre avec feedback consiste généralement en exercices de transfert de poids où le patient reçoit des informations sur la position de son centre de pression.

Dans une revue systématique, l’efficacité de l’entraînement de l’équilibre basé sur le feedback chez des sujets âgés a été évaluée et il a été conclu que cet entraînement réduit l’oscillation posturale, améliore la capacité de transfert de poids, diminue les exigences attentionnelles en position debout et améliore les scores à l’échelle de Berg (50).

Il existe également des preuves que l’ajout de biofeedback à l’entraînement de l’équilibre chez des personnes ayant des séquelles post-AVC peut être bénéfique (51,52).

La littérature montre l’efficacité du biofeedback pour le réentraînement de la marche dans diverses populations. Par exemple, l’entraînement avec feedback peut réduire l’adduction du genou ou augmenter l’angle du gros orteil pour prévenir l’arthrose du genou (53-55).

Il peut aussi améliorer la propulsion pendant la phase d’appui chez les personnes âgées en bonne santé, rendant leur schéma de marche plus proche de celui d’adultes jeunes (56).

Le feedback peut aider les personnes atteintes de la maladie de Parkinson ou d’une lésion médullaire incomplète à faire des pas plus longs (57,58) et améliorer la marche des personnes après une amputation transfémorale (59). Il a été constaté qu’il peut moduler les paramètres de marche chez les enfants atteints de paralysie cérébrale (60). Il existe d’autres applications pour prévenir les blessures chez les coureurs, les schémas d’hyperextension du genou (61,62), etc.

Tous ces exemples montrent comment le biofeedback est un outil efficace et polyvalent permettant aux patients d’adapter des aspects spécifiques de leur marche. En conclusion, la capacité à fournir du biofeedback est l’un des atouts majeurs de l’entraînement en RV. En incorporant un feedback augmenté dans un jeu, on peut augmenter la motivation et l’implication du patient.

Conclusions

• La réalité virtuelle et la réalité augmentée sont des outils qui peuvent rendre nos entraînements plus spécifiques, efficaces et motivants pour le patient.
• Nous devons savoir pourquoi, pour quoi et comment nous utilisons la RV et la RA. L’utilisation de ces technologies ne se résume pas à faire porter des casques de RV au patient pour exécuter des tâches ou à le placer devant un écran pour jouer. Nous devons réfléchir à pourquoi nous utilisons ces outils, c’est-à-dire ce qu’ils apportent de particulier et distinctif par rapport à leur absence ou à d’autres formes de traitement. Ensuite, nous devons déterminer pour quel aspect spécifique du traitement les utiliser : améliorer, via le biofeedback, l’information sur un aspect du mouvement, entraînement cognitif en tâches doubles, entraînement à des situations de la vie quotidienne, etc. Enfin, nous devons décider comment les utiliser : en suivant les six principes de traitement expliqués dans ce texte.
• Il est recommandé de concevoir des traitements combinant aspects moteurs et cognitifs. Comme mentionné tout au long du texte, la RV et la RA, avec d’autres systèmes et plateformes de rééducation cognitive, peuvent être utilisées conjointement aux entraînements de la marche, de l’équilibre ou de la rééducation du membre supérieur, pour n’en citer que quelques-uns.

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