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

José López Sánchez, coordinador de terapias en CEN, plantea en este artículo el entraînement cognitif-moteur en base a las tareas duales, la realidad virtual y aumentada.

(Le présent document « Entraînement cognitif-moteur : utilisation des tâches duales, réalité virtuelle et augmentée » est basé sur une traduction libre du document intitulé “Entrenamiento de la marcha y del equilibrio basado en realidad virtual y aumentada” (1) avec des apports de l’auteur José López Sánchez, issus de son expérience clinique et d’autres études scientifiques publiées sur le sujet.)

Introducción

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

• Les déficits dans les tâches duales, cognitivo-motrices (par exemple, marcher en parlant) sont fréquents chez les personnes présentant des séquelles neurologiques. L’entraînement aux tâches duales 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 duales montrent des améliorations en :
  • Vitesse de la marche dans une tâche, et longueur du pas chez des personnes atteintes de la maladie de Parkinson et de la maladie d’Alzheimer.
  • Vitesse de la marche lors de tâches duales chez des personnes atteintes de la maladie de Parkinson, d’Alzheimer et de lésions cérébrales.
  • Pourrait améliorer l’équilibre et la cognition des personnes atteintes de la maladie de Parkinson et de la maladie d’Alzheimer.

Principios de tratamiento

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

Ces principes que nous devons appliquer dans l’entraînement seraient :

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

Nous allons expliquer un par un les principes de traitement :

1. Foco de atención

Pendant la rééducation, les thérapeutes doivent expliquer les exercices aux patients, et les instructions qu’ils fournissent influenceront 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 derrière tes orteils, pour favoriser une plus grande extension des genoux). En apprentissage moteur ceci est connu comme « instructions qui favorisent un focus d’attention interne ». Cela provoque des mouvements plus conscients qui interfèrent avec le contrôle moteur automatique (3).

De plus, chez les personnes ayant des problèmes attentionnels, cela consomme une grande partie voire toutes les capacités attentionnelles de la personne, ne laissant pas de ressources pour pouvoir accomplir d’autres tâches en même temps (tâches duales).

Des études récentes indiquent que les instructions qui favorisent un focus externe, par exemple diriger l’attention vers l’effet du mouvement sur l’environnement (par exemple « touche avec ton pied la marque sur le sol »), améliorent l’apprentissage moteur.

Des études réalisées dans le sport (4-6) et l’entraînement de l’équilibre (7) montrent de manière consistante une meilleure exécution motrice après une période d’apprentissage centrée sur un focus externe, versus des instructions centrées sur un focus interne. Cependant, dans la pratique quotidienne il est parfois difficile de trouver les instructions appropriées qui induisent un focus d’attention externe.

Un des avantages de la réalité augmentée est qu’elle peut faciliter des ajustements dans la marche, par exemple via les signaux externes qu’elle fournit, comme des objectifs sur lesquels le patient doit poser le pied, projetés sur la surface sur laquelle il marche, ou des signaux auditifs.

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

2. Aprendizaje implícito

Traditionnellement, de nouvelles habiletés motrices sont enseignées par des instructions explicites, aboutissant à un contrôle conscient du mouvement. Cependant, le contrôle du mouvement repose habituellement sur des connaissances implicites. Nous savons comment effectuer le mouvement, mais nous ne sommes pas habituellement conscients de la manière dont nous contrôlons nos muscles et nous ne pouvons pas l’expliquer avec des mots.

Des études récentes suggèrent que l’apprentissage explicite peut limiter ou interférer avec ces processus automatiques, conduisant à une exécution pire, surtout lorsque les personnes doivent réaliser une tâche sous pression (8-12). La rééducation pourrait donc bénéficier de l’utilisation de l’apprentissage implicite, par exemple un apprentissage sans conscience de ce qui est appris.

Par exemple, chez des patients après avoir subi un AVC, l’exécution d’une tâche d’équilibre dynamique était pire après une période d’apprentissage explicite versus apprentissage implicite (13). Précédemment, une manière de favoriser l’apprentissage implicite a été décrite, à travers des instructions ou des tâches qui requièrent un focus externe de l’attention.

Une autre forme alternative est l’utilisation d’une tâche cognitive concurrente (dual task) (9) ou par la variation des tâches, de manière à rendre impossible l’apprentissage via des règles explicites. Les jeux de réalité virtuelle et augmentée favorisent souvent cet apprentissage implicite via un ou plusieurs de ces principes.

Il est définitivement temps de changer les vieux paradigmes en neuro-réhabilitation où le patient va en kinésithérapie ou ergothérapie lorsqu’il veut travailler des aspects moteurs de la jambe ou du bras et chez le neuropsychologue lorsqu’il veut travailler des aspects cognitifs. Les preuves scientifiques nous montrent la interaction constante des aspects cognitifs et moteurs et l’interaction entre les capacités du patient, la tâche et l’environnement sont des clés pour le réapprentissage.

C’est pourquoi nous devons penser quel type d’apprentissage la tâche que nous présentons au patient favorise et l’environnement dans lequel il va l’exécuter, en l’adaptant à ses capacités pour pouvoir progresser au fur et à mesure que le patient pratique et s’améliore.

3. Variación

L’importance de la variation dans les exercices est une autre des leçons que nous avons tirées des recherches dans le domaine de l’apprentissage moteur.

Plutôt que d’entraîner le même mouvement exact encore et encore, de petites variations dans le mouvement aboutiront à un apprentissage moteur plus robuste (14). De plus, des variations dans la séquence des exercices (aléatoire versus en blocs) amélioreront l’apprentissage moteur, en particulier la rétention et le transfert (15).

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

Lorsqu’on applique ces principes, par exemple à l’entraînement de l’équilibre, l’oscillation posturale en bipédie est réduite après 15 minutes d’exercices variés d’équilibre (exercices de transfert de poids et bases de sustentation réduites) tandis qu’aucune différence n’est observée après un entraînement répétitif ou en restant simplement immobile debout (20).

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

4. Intensidad del entrenamiento

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

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

De plus, l’entraînement en réalité virtuelle et augmentée (RV et RA) facilite deux types d’entraînement : l’entraînement autonome par le patient, en clinique et à domicile.

Dans de nombreux centres de rééducation, le ratio patient/thérapeute est réduit et cela constitue un défi pour pouvoir augmenter l’intensité de l’entraînement. Il arrive aussi que de nombreux patients ne pratiquent que lorsqu’ils sont avec le thérapeute, alors qu’une fois rentrés chez eux, ils restent la plupart du temps sédentaires.

Pour ces deux situations, la RV et la RA peuvent être une solution pour certains patients, car elles fournissent le feedback nécessaire à la réalisation des exercices, ceux-ci peuvent être surveillés à distance par un professionnel, adaptés lorsque cela est nécessaire, et permettent la collecte d’informations sur la quantité d’activité réalisée par le patient et la manière dont il l’exécute.

En neuro-rééducation, on exige souvent un entraînement répétitif de mouvements relativement simples. Certains exercices deviennent rapidement ennuyeux, rendant difficile pour le patient de rester motivé et concentré.

Un des avantages de la rééducation virtuelle est l’utilisation de jeux, qui peut rendre la thérapie plus ludique et agréable pour certains patients (24-26). Certains patients peuvent s’engager davantage dans la séance de thérapie et augmenter ainsi l’adhérence au traitement (27-30).

Le nombre de répétitions atteignable 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, dans une étude on a obtenu le double de pas lors d’une tâche en RA et d’un entraînement sur tapis roulant, comparé à l’entraînement conventionnel de la marche (31). L’augmentation de la motivation est sûrement un des facteurs expliquant cela, mais pas le seul.

D’autres aspects pratiques, comme l’absence de besoin physique de monter et modifier les différents circuits de marche, augmentent le temps qui, au sein d’une séance, peut être consacré à l’entraînement actif par le patient.

De plus, il est possible de contrôler de façon très précise 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 changeant les exigences de vitesse ou les distances des cibles à atteindre.

5. Especificidad de la tarea

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

Par exemple, la réalité virtuelle et la réalité augmentée pourraient aider à entraîner la marche dans des situations difficiles. C’est essentiel, car marcher dans la vie quotidienne, c’est bien plus que poser un pied devant l’autre ; cela nécessite aussi la capacité d’ajuster le schéma de marche à différentes situations.

Peut-être devez-vous lever la jambe davantage pour éviter de trébucher sur une pierre, ou ralentir pour éviter de heurter quelqu’un, ou accélérer pour passer au feu orange, ou éviter des personnes dans un centre commercial bondé.

L’adaptabilité de la marche se définit comme l’aptitude à ajuster la marche en fonction des circonstances de l’environnement, et c’est pourquoi elle est un élément crucial pour marcher à la maison et surtout dans la 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 sur laquelle on marche (35,36). De plus, la réalité virtuelle peut être utilisée pour créer un flux optique lors de la marche sur un tapis roulant, afin d’améliorer la sensation naturelle de marcher (37,38).

D’autres exemples de défis de la vie quotidienne sont des activités combinant des tâches cognitives et motrices simultanément, comme traverser une rue en faisant attention à la circulation, ou marcher en se rappelant ce qu’il fallait acheter au supermarché, ou en conversant avec un ami.

Lorsque deux tâches sont réalisées 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 duales », qui survient plus fréquemment avec l’âge (39), et avec certaines pathologies neurologiques comme l’AVC (40) ou la maladie de Parkinson (41).

L’interférence dans les tâches duales s’est avérée être un prédicteur de chutes (42). L’entraînement aux tâches duales est plus efficace pour réduire « l’interférence dans les tâches duales » que l’entraînement d’une seule tâche (43-46) et c’est pourquoi les programmes de prévention des chutes devraient toujours inclure des tâches duales (47).

Grâce à la réalité virtuelle, il est relativement simple d’ajouter des éléments cognitifs à l’entraînement, et donc d’entraîner les tâches duales. Une façon de faire cela est d’inclure une tâche cognitive qui n’est pas liée à la tâche motrice, par exemple compter à rebours ou une tâche de mémoire.

Dans la grande majorité des cas, l’entraînement cognitif se fait assis devant une table, rarement en mouvement. Il serait très intéressant d’inclure l’utilisation de systèmes de stimulation et de rééducation cognitive en même temps que l’on marche, que l’on pratique des exercices d’équilibre, ou que l’on soit simplement debout.

Une autre façon d’incorporer la tâche cognitive dans le jeu de réalité virtuelle, par exemple, est via des jeux qui exigent de la planification ou le développement d’une stratégie.

Enfin, on peut ajouter des éléments cognitifs en simulant des défis de tâches duales présents dans la vie quotidienne, comme marcher dans un supermarché virtuel tout en plaçant une série d’objets dans le panier (48) ou traverser la rue en évitant des obstacles (49).

6. Feedback

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

Le feedback intrinsèque peut être augmenté en fournissant des informations qui seraient normalement inaccessibles au patient, comme par exemple les angles exacts des articulations ou des mouvements (biofeedback).

Grâce à la réalité virtuelle, le biofeedback peut être montré au patient ou même incorporé 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 normalement en exercices de transferts de poids dans lesquels 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 les personnes âgées a été évaluée et il a été conclu que cet entraînement entraîne une réduction de l’oscillation posturale, une amélioration de la capacité de transfert de poids, une réduction des demandes attentionnelles en position debout immobile et une amélioration des scores à l’échelle de Berg (50).

Il existe également certaines preuves suggérant qu’ajouter du biofeedback à l’entraînement de l’équilibre chez les personnes ayant des séquelles après un AVC peut être bénéfique (51,52).

Il existe une abondante littérature montrant l’efficacité du biofeedback pour le réentraînement de la marche dans différentes populations de patients. Par exemple, l’entraînement avec feedback peut réduire le mouvement d’adduction du genou ou augmenter l’angle des orteils pour la prévention de l’arthrose du genou (53-55).

Cela peut également améliorer la propulsion lors de l’impulsion chez des personnes âgées en bonne santé, rendant leur schéma de marche plus semblable à celui des adultes jeunes (56).

Le feedback peut aider les personnes atteintes de la maladie de Parkinson, o lesión medular incomplète a faire des pas plus longs (57,58) et améliorer la marche des personnes après une amputation transfémorale (59). On a observé qu’il peut aider à moduler des paramètres de la 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 qui permet aux patients d’adapter des aspects spécifiques de leur démarche. En conclusion, la capacité à fournir du biofeedback est l’un des grands atouts de l’entraînement avec RV. Par l’incorporation d’un feedback augmenté dans un jeu, on peut accroître la motivation et l’implication du patient.

Conclusiones

• La réalité virtuelle et la réalité augmentée sont des outils qui peuvent nous aider à 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 consiste pas simplement à mettre à la personne des lunettes de RV et à la faire exécuter des tâches, ou à la placer devant un écran pour jouer. Nous devons réfléchir pourquoi nous utilisons ces outils, c’est-à-dire ce qu’ils nous apportent de spécial et distinctif comparé à l’absence de leur utilisation ou à d’autres formes de traitement. Ensuite nous devons penser pour quel aspect spécifique du traitement nous allons les utiliser : améliorer, via le biofeedback, l’information sur un aspect du mouvement, entraînement cognitif en tâches doubles, entraînement de situations de la vie quotidienne, etc. Et, pour finir, nous devons réfléchir comment nous allons les utiliser : en suivant les six principes de traitement expliqués dans ce texte.
• Il est recommandé de concevoir des traitements combinant des aspects moteurs et cognitifs. Comme cela a été commenté tout au long du texte, la RV et la RA, avec d’autres systèmes et plateformes de rééducation cognitive, peuvent être utilisées conjointement avec des entraînements de la marche, de l’équilibre, ou de l’entraînement du membre supérieur, pour n’en citer que quelques-uns.

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